La cellula vegetale

Andrea GenreAndrea Genre

andrea.genre@unito.itandrea.genre@unito.it

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Robert Hooke 1665

EcosistemaEcosistema OrganismoOrganismo

OrganoOrgano

TessutoTessuto

CellulaCellula

CellulaCellulaMolecolaMolecola

Quali sono gli organismi

che si studiano

In un corso di

Botanica?

Piante =

Eucarioti multicellulari autotrofi

Procarioti

Eucarioti

La teoria della simbiosi. … la lezione di Lynn Margulis

Eucarioti

Cellule vegetali Cellule animali

Parete Vacuolo

Cloroplasti

Cellula vegetale

Cellula animale

CloroplastiParete

Vacuolo

La cellula vegetale

I compartimenti della cellula vegetaleLa membrana plasmaticaIl nucleoIl reticolo endoplasmaticoGli organi di GolgiIl vacuoloIl citoscheletroLa parete cellulareI plasitidi (cloropasti, amiloplasti, cromoplasti)I microbodiesI plasmodesmi

Glucosio

Saccarosio

H+

Na+Ca+Cl-

Trasporto attivo = controllato

H2O

Glucosio

O2 N2

Benzene

UreaGlicerolo

CO2

Saccarosio

IoniH+ Na+

Ca+

Cl-

Grandi molecoleidrofiliche

Piccole molecoleidrofiliche

Molecoleidrofobiche

Benzene

O2 N2

H2O

UreaGlicerolo

CO2

Trasporto passivo

Organelli cellulariOrganelli cellulari

CitoscheletroCitoscheletroParete cellulareParete cellulare

Polisaccaridi

Polisaccaridi

Proteine

intrinseche

Proteine

intrinseche

Proteine

estrinseche

Proteine

estrinseche

Bil

ayer

lip

idic

o

È costituito da RNA e proteine regolatrici. Contiene l’RNA messaggero trascrittodai geni, in attesa che venga trasportato fuori dal nucleo per essere tradotto inproteine

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

Proteina

RNA polimerasi RibosomaRNA

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

GolgiTrans

Golgi

Network

ApparatoApparato

OrganoOrgano

Cis e trans Golgi possono

variare enormemente la propria

estensione a seconda delle

attività svolte dalla cellula.

Late

endosome

Pare

te c

ell

ula

re

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

Vescicole dal reticolo endoplasmatico migrano

verso le cisterne Cis del Golgi

Le vescicole si fondono per dare origine

ad una nuova cisterna

La cisterna così formata si muove

verso la faccia Trans del Golgi

Il contenuto della cisterna viene poi rilasciato

sottoforma di vescicole

E’ un voluminoso compartimento limitato da membrana (tonoplasto) che può occuparefino 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

Contenuto vacuolare•Composti del metabolismo primario•Composti del metabolismo secondario•Corpi proteici•Acqua•Sali

Le idrolasi e le attività litiche•Autofagia ed autolisi

Vacuolo

La fusione dei vacuoli durante il differenziamento cellulare

Cellula

meristematica

(in divisione)

Cellule

in crescita

Cellula matura

Specializzazione dei vacuoli

Epidermide dei petali

(es. antociani)

Epidermide fogliare

(es. glucosidi cianogenetici

in Sinapis

cumarine in Melilotus)

Cellule guardia degli stomi

(diversi stati turgore)

Parenchima midollare

(es. saccarosio in canna da zucchero)

Parenchima

(es. saccarosio in barbabietola da zucchero

Sinigrina nel rafano

Inulina nelle Composite)

E’ un’impalcatura DINAMICA che lega tutti gli organuli cellulari

estendendosi in tutto il citoplasma

Il citoscheletro

E’ composto da varie classi di proteine che si associano

in strutture filamentose:

Microtubuli: alfa e beta tubulina

Microfilamenti: actina

Filamenti intermedi: proteine eterogenee (es: miosina)

Il citoscheletro nelle piante:

Insieme di tubuli e filamenti proteici che

contribuiscono

1. Alla crescita della cellula vegetale

2. Al mantenimento della forma cellulare

3. Alla mobilità del citoplasma

4. Alla posizione degli organelli

Le funzioni delcitoscheletro

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

MitosiDivisione 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 formazionedella banda preprofasica

Nella bandapreprofasica Nel fuso mitotico Nel fragmoplasto

Banda pre-profasica

F

Cellule

mature

Cellule

meristematiche

(in divisione)

Fusi mitotici

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

Robert Hooke

La parete cellulare vegetale costituisce granparte dei materiali legati all’attività e allacultura umana fin dalle sue origini.

Manufatti, reperti, opere d’arte(legno, semi, carta, fibre tessili…)

PARETE CELLULARE

La parete cellulare è la componente delle cellule vegetali che, in quanto esseriumani, conosciamo forse meglio.

Fibre tessili, legno, carta sono pareti cellulari più o meno pure e variamentelavorate.Anche la frutta e la verdura devono molte delle loro caratteristicheorganolettiche alle pareti delle cellule che le compongono.

Al tempo stesso questa conoscenza !culturale" ci può fornire un punto di vista noncorretto sulla natura della parete cellulare vegetale.

Quando pensiamo alla parete cellulare, pensiamo prima di tutto alla cellulosa, econ essa al legno.

Il legno è un materiale solido, flessibile, resistente. Tutte caratteristiche cheassociamo di riflesso alla parete cellulare.

Il punto è che il legno è composto da pareti cellulari morte. La parete di unacellula viva non assomiglia a una scatola di legno più di quanto una cascataghiacciata assomigli al torrente che scorreva su quelle stesse rocce durante lastagione 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 esempiodeterminando la cresscita e la divisione cellulare e di conseguenza l"accrescimento e la forma degli organi.

La parete cellulare ècontinuamente modificatadalla cellula in base aglistimoli esterni, al suoprogramma di sviluppo e aglieventi cellulari che sisviluppano al suo interno,analogamente a quantoavviene per tutte le altrecomponenti cellulari,membrane, organelli,citoscheletro… molte dellequali sono in effetti legateanche strutturalmente allaparete.

Possiamo quindi piùcorrettamente considerare laparete come parte integrantedella cellula: un vero eproprio comparto cellulareesterno alla membranaplasmatica.

Protoplasti

(protegge

Un compartimento di successonon solo nelle piante!

Le stratificazioni della parete

LA DEPOSIZIONE DELLA PARETE CELLULARE NEL TEMPOE NELLO SPAZIO

Parete primordiale Lamella mediana

Parete primariaParete secondaria

Parete primaria

plasmodesmi

I plasmodesmi

…si formano durante la divisione cellulare

La parete primaria

La parete primaria è tipica delle cellulein accrescimento:è plastica, idrofilica

La componente fibrillare

La cellulosa:polimero del glucosio con legami beta 1-4

L’amido:un polimero delglucosio conLegami alfa 1-4

Molecola flessibileFunzione metabolica(riserva)

Molecola rigidaFunzione strutturale

Le microfibrille di cellulosa

Nella mela Le pectinedeterminano lacompattezza della polpa

Quando una pescamatura, le pectine delpericarpo si rilassano

Il pericarpo delpomodoro si rilassa,lepectine si lisano, c’è unprocesso di liquefazionecon la formazione delloculo, in cui si trovanoi semi

La componente di matrice:le pectine

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

Cellulosa

Lignina

Parete secondaria

Non lignificata Lignificata

Membrana cellulare

Esempi di parete lignificata:le cellule xilematiche (“il legno”)

le isole petrose della polpa delle pere

Isola petrosa