La cellula vegetale

La cellula vegetale
Andrea Genre
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Robert Hooke 1665
Cellula
Cellula
Molecola
Molecola
Cellula
Tessuto
Tessuto
Organo
Organo
Ecosistema
Ecosistema
Organismo
Organismo
Quali sono gli organismi
che si studiano
In un corso di
Botanica?
Piante =
Eucarioti
multicellulari
autotrofi
Procarioti
Eucarioti
Eucarioti
La teoria della simbiosi. … la lezione di Lynn Margulis
Cellule vegetali
Parete
Cloroplasti
Vacuolo
Cellule animali
Parete
Cloroplasti
Cellula vegetale
Cellula animale
Vacuolo
La cellula vegetale
I compartimenti della cellula vegetale
La membrana plasmatica
Il nucleo
Il reticolo endoplasmatico
Gli organi di Golgi
Il vacuolo
Il citoscheletro
La parete cellulare
I plasitidi (cloropasti, amiloplasti, cromoplasti)
I microbodies
I plasmodesmi
Molecole O
N2
2
idrofobiche
Benzene
H2O CO
Piccole molecole
2
Urea
idrofiliche
Glicerolo
Grandi molecole Glucosio
idrofiliche
Saccarosio
Ioni
H+ Na+
Ca+ Cl
Trasporto passivo
O2
N2
Benzene
H2O
Urea
CO2
Glicerolo
Glucosio
Saccarosio
H+
+
Ca+ Cl- Na
Trasporto attivo
= controllato
Parete cellulare
Bilayer lipidico
Citoscheletro
Po
lis a
cca
rid i
Proteine
intrinseche
Organelli cellulari
Proteine
estrinseche
È costituito da RNA e proteine regolatrici. Contiene l’RNA messaggero trascritto
dai geni, in attesa che venga trasportato fuori dal nucleo per essere tradotto in
proteine
Il nucleo nelle cellule vegetali
•Cromatina: è il materiale (DNA e proteine)
di cui sono fatti i cromosomi
Eterocromatina
Eucromatina
•Organizzazione molecolare:
la trascrizione richiede che il
DNA sia accessibile alla
RNA polimerasi e a proteine
regolatrici.
I cromosomi contengono DNA e proteine (gli istoni)
L’organizzazione
del DNA
DNA
DNA
RNA
polimerasi
RNA
Ribosoma
RNA
Proteina
Il sistema di endomembrane e la
via di secrezione
Sistema di endomembrane: una serie di comparti cellulari interconnessi tra loro
da un movimento di vescicole
Reticolo Endoplasmatico
Complesso di Golgi
Trans Golgi Network
Vacuoli
Il sistema di endomembrane
Il reticolo endoplasmatico
Sistema di tubuli e cisterne delimitati da membrana
Molto esteso in tutto il citoplasma
Sede della sintesi proteica e (in parte) lipidica (steroli)
Apparato di Golgi
Organo di Golgi
RE
Cis
Golgi
Network
Golgi
Cis e trans Golgi possono
variare enormemente la propria
estensione a seconda delle
attività svolte dalla cellula.
Trans
Golgi
Network
Organo
Late
endosome
Parete cellulare
Apparato
Nelle piante è una fabbrica di polisaccaridi e glicoconiugati (proteine e glicolipidi)
Formato da gruppi di 5-10 cisterne appiattite (dittiosomi) e da vescicole
Numero molto variabile (pochi nelle alghe-parecchie centinaia nei vegetali superiori)
Cisterne CIS
Cisterne MEDIANE
Cisterne TRANS
Cisterne polarizzate con diverse caratteristiche morfologiche e biochimiche:
Lume delle vescicole
Colorabilità delle membrane
Localizzazione di enzimi
L’apparato di Golgi: una fabbrica per sintetizzare polisaccaridi di parete
Il contenuto della cisterna viene poi rilasciato
sottoforma di vescicole
La cisterna così formata si muove
verso la faccia Trans del Golgi
Le vescicole si fondono per dare origine
ad una nuova cisterna
Vescicole dal reticolo endoplasmatico migrano
verso le cisterne Cis del Golgi
E’ un voluminoso compartimento limitato da membrana (tonoplasto) che può occupare
fino all’80-90% del volume cellulare
E’ un organello dinamico polifunzionale coinvolto in meccanismi
•Di regolazione osmotica
•Di crescita e morfogenesi
•Di accumulo e riserva
•Di detossificazione
Le idrolasi e le attività litiche
•Autofagia ed autolisi
Vacuolo
Contenuto vacuolare
•Composti del metabolismo primario
•Composti del metabolismo secondario
•Corpi proteici
•Acqua
•Sali
La fusione dei vacuoli durante il differenziamento cellulare
Cellula matura
Cellule
in crescita
Cellula
meristematica
(in divisione)
Specializzazione dei vacuoli
Epidermide dei petali
(es. antociani)
Cellule guardia degli stomi
(diversi stati turgore)
Epidermide fogliare
(es. glucosidi cianogenetici
in Sinapis
cumarine in Melilotus)
Parenchima midollare
(es. saccarosio in canna da zucchero)
Parenchima
(es. saccarosio in barbabietola da zucchero
Sinigrina nel rafano
Inulina nelle Composite)
Il citoscheletro
E’ un’impalcatura DINAMICA che lega tutti gli organuli cellulari
estendendosi in tutto il citoplasma
E’ composto da varie classi di proteine che si associano
in strutture filamentose:
Microtubuli:
Microfilamenti:
Filamenti intermedi:
alfa e beta tubulina
actina
proteine eterogenee (es: miosina)
Il citoscheletro nelle piante:
Insieme di tubuli e filamenti proteici che
contribuiscono
1.
2.
3.
4.
Alla crescita della cellula vegetale
Al mantenimento della forma cellulare
Alla mobilità del citoplasma
Alla posizione degli organelli
Le funzioni del
citoscheletro
I microfilamenti
Sono costituiti da actina
Funzioni dei
Microfilamenti
Trasporto:
Correnti citoplasmatiche
Movimenti dei
cloroplasti
I microtubuli
La loro organizzazione forma
strutture caratteristiche durante
Le varie fasi del ciclo cellulare
Funzioni dei microtubuli
Mitosi
Divisione cellulare
Deposizione della parete cellulare (cellulosa)
Secrezione
mitosi
La mitosi
Distribuzione dei microtubuli nelle varie fasi del ciclo cellulare
I microtubuli in microscopia a fluorescenza
Prima della formazione
della banda preprofasica
Nella banda
preprofasica
Nel fuso mitotico
Nel fragmoplasto
Cellule
mature
Cellule
meristematiche
(in divisione)
Fusi mitotici
F
Banda pre-profasica
BPP
Fuso mitotico
In una cellula in interfase i microtubuli controllano la deposizione della cellulosa…
A
B
…e di conseguenza controllano la direzione di allungamento delle cellule
parete
La parete cellulare vegetale costituisce gran
parte dei materiali legati all’attività e alla
cultura umana fin dalle sue origini.
Manufatti, reperti, opere d’arte
(legno, semi, carta, fibre tessili…)
Robert
Hooke
PARETE CELLULARE
La parete cellulare è la componente delle cellule vegetali che, in quanto esseri
umani, conosciamo forse meglio.
Fibre tessili, legno, carta sono pareti cellulari più o meno pure e variamente
lavorate.
Anche la frutta e la verdura devono molte delle loro caratteristiche
organolettiche alle pareti delle cellule che le compongono.
Al tempo stesso questa conoscenza !culturale" ci può fornire un punto di vista non
corretto sulla natura della parete cellulare vegetale.
Quando pensiamo alla parete cellulare, pensiamo prima di tutto alla cellulosa, e
con essa al legno.
Il legno è un materiale solido, flessibile, resistente. Tutte caratteristiche che
associamo di riflesso alla parete cellulare.
Il punto è che il legno è composto da pareti cellulari morte. La parete di una
cellula viva non assomiglia a una scatola di legno più di quanto una cascata
ghiacciata assomigli al torrente che scorreva su quelle stesse rocce durante la
stagione precedente.
PARETE CELLULARE
In passato la parete cellulare era effettivamente descritta come una struttura inanimata, rigida, esterna alla cellula.
La parete cellulare unisce le cellule tra loro a formare i tessuti, trasmette segnali tra una cellula e l"altra, ad esempio
determinando la cresscita e la divisione cellulare e di conseguenza l"accrescimento e la forma degli organi.
La
parete
cellulare
è
continuamente
modificata
dalla cellula in base agli
stimoli
esterni,
al
suo
programma di sviluppo e agli
eventi
cellulari
che
si
sviluppano al suo interno,
analogamente
a
quanto
avviene per tutte le altre
componenti
cellulari,
membrane,
organelli,
citoscheletro… molte delle
quali sono in effetti legate
anche strutturalmente alla
parete.
Possiamo
quindi
più
correttamente considerare la
parete come parte integrante
della cellula: un vero e
proprio comparto cellulare
esterno
alla
membrana
plasmatica.
(protegge
Protoplasti
Un compartimento
di successo
non solo nelle piante!
Le stratificazioni della parete
LA DEPOSIZIONE DELLA PARETE CELLULARE NEL TEMPO
E NELLO SPAZIO
Parete primordiale
Lamella mediana
Parete primaria
Paretesecondaria
primaria
Parete
I plasmodesmi
…si formano durante la divisione cellulare
plasmo
desmi
La parete primaria
La parete primaria
è tipica delle cellule
in accrescimento:
è plastica, idrofilica
La componente fibrillare
La cellulosa:
polimero del glucosio
con legami beta 1-4
Molecola rigida
Funzione strutturale
L’amido:
un polimero del
glucosio con
Legami alfa 1-4
Molecola flessibile
Funzione metabolica
(riserva)
Le microfibrille di cellulosa
La componente di matrice:
le pectine
Nella mela Le pectine
determinano la
compattezza della polpa
Quando una pesca
matura, le pectine del
pericarpo si rilassano
Il pericarpo del
pomodoro si rilassa,le
pectine si lisano, c’è un
processo di liquefazione
con la formazione del
loculo, in cui si trovano
i semi
La componente di matrice:
Le emicellulose
La componente di matrice:
Le proteine
La parete secondaria
Si forma solo in tipi cellulari con funzioni specializzate di sostegno, conduzione,
protezione
•Deposizione centripeta
•Organizzazione elicoidale della cellulosa
•Sostituzione dell’acqua nella matrice
Si forma quando la cellula
ha terminato la crescita,
provoca pertanto un
accrescimento dello spessore
L’organizzazione elicoidale della cellulosa
Tessitura elicoidale
Tessitura dispersa
La lignificazione
Parete secondaria
Non lignificata
Lignificata
Cellulosa
Membrana cellulare
Lignina
Esempi di parete lignificata:
le cellule xilematiche (“il legno”)
le isole petrose della polpa delle pere
Isola petrosa