Caratteristiche generali della pianta

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1 Caratteristiche generali della pianta Parete cellulare: Composizione, struttura e funzione Plasmodesmi: Struttura e funzione Vacuolo: struttura e funzioni Cloroplasto: struttura e funzione Xilema: struttura e funzioni Floema: struttura e funzioni Stomi: struttura e funzioni

2 La cellula vegetale Vacuolo Parete cellulare Cloroplasto Plasmodesmi

3 Struttura e funzione della parete cellulare Funzione della parete cellulare Mantiene/determina la forma della cellula Supporto e resistenza meccanica Responsabile dell architettura della pianta Barriera fisica per patogeni o H 2 O (cellule suberificate) Ruolo nella segnalazione (oligosaccarine) e riconoscimento (Rizobi)

4 La parete cellulare è protetta dalla cuticola Cere, cutina, suberina: una varietà di lipidi sono associati alla parete per ridurre le perdite di acqua e impedire l ingresso di patogeni Parete cellulare Cuticola

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6 Componenti della parete cellulare Polisaccaridi: cellulosa, emicellulosa e pectine Proteine: strutturali e enzimatiche Lignina: solo nelle cellule che non si dividono più Acqua: H 2 O

7 Polisaccaridi

8 Cellulosa: formata da monomeri di b-glucosio 1 4 Legame b-1,4

9 Legame tra le catene di glucano Legami H tra catene formano una microfibrilla di cellulosa

10 Forza tensile come l acciaio Cellulosa

11 Cellulosa: formata da legami b-1,4 di glucosio Legame b-1,4 Amido: formata da legami di a-1,4 glucosio Legame a-1,4

12 Le emicellulose sono polisaccaridi di matrice che si legano alla cellulosa Si legano tramite legami H sulle microfibrilla neo-sintetizzate rendendole meno cristalline Sono molecole ramificate

13 Le pectine formano gel idratati Le pectine sono zuccheri acidi o zuccheri neutri Sono i polisaccaridi più solubili della parete Sono molecole ramificate

14 Come sono organizzati i componenti polisaccaridici della parete

15 La parete della cellula vegetale Cellulosa Membrana plasmatica

16 La parete della cellula vegetale Cellulose Emicellulosa xyloglucan galactomannan arabinoxylan

17 La parete della cellula vegetale Cellulosa Emicellulosa Pectina xyloglucan galactomannan arabinoxylan Homogalacturonan Ca 2+ -crosslinked non-methylesterified methylesterified RG I (galactan) (arabinan) Rhamnogalacturonan RG II (boron-diester)

18 Da evidenziare.

19 Legami H tra le microfibrille di cellulosa e emicellulosa

20 I gruppi COO - delle pectine consentono la formazione di legami ionici con ioni Ca 2+ e Mg 2+

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22 Sintesi della componente polisaccaridica della parete cellulare

23 Le microfibrille di cellulosa sono sintetizzate da un complesso enzimatico (detto rosetta) incluso nella membrana plasmatica

24 Ciascuna rosetta contiene molte unità di cellulosa sintasi Membrana plasmatica UDP-glucosio è la forma attivata del glucosio usata dalla cellulosa sintasi UDP-glucosio deriva dal saccarosio

25 La cellula vegetale

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27 I polimeri della matrice vengono sintetizzati nel Golgi e secreti in vescicole nella parete Sintetizzati da enzimi (glucosiltrasferasi) legati alla membrana del Golgi

28 Usi industriali dei componenti polisaccaridici della parete cellulare

29 Es. Cellulosa Carta

30 Importanza della pectina nell industria alimentare Yogurt da bere

31 Parete cellulare Biocarburante

32 Nella parete, oltre ai polisaccaridi, ci sono le proteine Proteine strutturali Proteine enzimatiche

33 Le proteine strutturali formano legami nella parete In generale, sono delle glicoproteine, ricche in aminoacidi idrossiprolina, prolina, lisina o glicina.

34 PRP (proteine ricche in prolina) GRP (proteine ricche in glicina) AGP (proteine arabino galattaniche)

35 La quantità di queste proteine varia a seconda del tipo cellulare, la fase di sviluppo o stimoli ambientali, per es. l attacco di patogeni

36 ESTENSINA (HRGP) residui di idrossiprolina glicosilati (arabinosio) alcune serine glicosilate (galattosio) forma legami intermolecolari insolubile

37 Sono idrofiliche e possono formare legami H NH 3 della lisina può legarsi con COO- delle pectine Possono formare legami covalenti tra residui di tirosina

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39 FUNZIONI Rafforza la struttura della parete cellulare Resistenza a patogeni

40 Proteine enzimatiche: svolgono reazioni necessarie per la modifica/adattamento della parete cellulare agli stimoli di sviluppo e ambientali Enzimi ossidativi perossidasi Enzimi idrolitici pectinasi, cellulasi Enzimi per l estensione cellulare - espansine Inibitori proteici

41 Nella parete di una cellula che ha completato il ciclo di crescita, oltre ai polisaccaridi e proteine, c è la lignina

42 Lignina Polimero di composti fenolici, specialmente fenilpropanoidi (alcool cumarilico, alcool coniferilico e alcool sinapilico) Rinforza la parete cellulare Aumenta la resistenza all attacco dei funghi/patogeni. Struttura della lignina

43 La sintesi di lignina elimina H 2 O dalla parete e forma una trama idrofobica che lega la cellulosa e previene l estensione cellulare

44 Infine, nella parete è presente.. H2O La parete è molto idratata: 75-80% Rende la parete flessibile ed estensibile

45 Anatomia della parete della cellula vegetale

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47 Lamella mediana: Strato più esterno unisce cellule adiacenti, prevenendo possibili migrazioni cellulari Composta principalmente da pectine Parete primaria: Depositata da cellule in accrescimento Sostanze pectiche 35%, emicellulose 25%, cellulosa 25%, proteine 1-8% Tutte le cellule vegetali hanno parete primaria e lamella mediana Parete secondaria: si trova all interno della parete primaria viene depositata dopo che l espansione cellulare è completa funzione di supporto contiene lignina, responsabile della rigidità

48 Due tipi di pareti cellulari: Tipo I: dicotiledoni Tipo II: monocotiledoni

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50 Vacuolo Delimitato da una membrana semipermeabile a singolo strato detta tonoplasto.

51 Funzioni: 1. Accumulo H 2 O, ioni inorganici, acidi organici, enzimi, zuccheri, pigmenti, metaboliti secondari Cipolla rossa: la colorazione è dovuta ad un pigmento rosso presente nel vacuolo che occupa circa il 90% del volume cellulare

52 2. Accumulo proteine => Corpi proteici 3. Genera pressione di turgore per la distensione cellulare per portamento ortotropo delle piante erbacee

53 La plasmolisi è il risultato della separazione del citoplasma dalla parete cellulare a causa della perdita di acqua Plasmolisi di una cellula epidermica di Allium cepa dopo aggiunta di nitrato di calcio.

54 Plasmodesmi Canali circondati dalla membrana plasmatica che mettono in comunicazione citoplasmatica cellule adiacenti. Sono attraversati da un tubolo di ER (desmotubolo) Cellula 1 Cellula 2

55 plasmalemma desmotubolo Le molecole attraversano il plasmodesma nella regione delimitata dal plasmalemma e dal desmotubolo Attraversato da molecole con dimensioni minori di 800 daltons Possono attraversarlo proteine virali di movimento (10 KDa!) Modelli di funzionamento: potrebbero aprirsi e chiudersi con l aiuto dell actina

56 Definizioni Simplasto: il sistema continuo di citoplasmi cellulari collegati dai plasmodesmi Apoplasto: il sistema continuo di pareti cellulari e di spazi aeriferi intercellulari dei tessuti della pianta.

57 (Prof. Renato D Ovidio) Tel: ufficio; laboratorio; [email protected] Alcune caratteristiche della cellula vegetale: parete cellulare, vacuolo, plasmodesmi. Il trasporto dell acqua e dei soluti nella pianta: Il movimento dell acqua dal terreno all atmosfera: Importanza e caratteristiche dell acqua; Processi di trasporto dell acqua: diffusione, flusso di massa e osmosi; Concetto del potenziale idrico; Potenziale idrico; componenti del potenziale idrico; teoria della tensione-coesione e il ruolo primario della traspirazione; stomi e regolazione stomatica. La nutrizione minerale. Movimento delle sostanze attraverso la membrana plasmatica: trasporto attivo e passivo; Proteine di trasporto: canali, carrier e pompe. Potenziale elettrochimico. Potenziale di membrana. Fotosintesi: La natura luce ; Spettro di assorbimento e spettro d azione; reazioni alla luce e reazioni del carbonio. Piante C4 e piante CAM. Il trasporto dei fotosintetati: definizione di sorgente e pozzo. Caricamento e scaricamento del floema; Ipotesi del flusso da pressione. Crescita e sviluppo: Gli ormoni vegetali: aspetti fisiologici delle attività ormonali. Auxine; giberelline; citochinine; acido abscissico; etilene. Fotomorfogenesi; forme Pr e Pfr del fitocromo; ruolo del fitocromo nella germinazione dei semi, nella percezione dell ombra in piante eliofile, e nella fioritura; fotoperiodismo; vernalizzazione. Pianta e ambiente Biotecnologie vegetali