Molti comparti cellulari sono presenti sia nelle cellule animali che vegetali Tuttavia, questi comparti hanno spesso funzioni aggiuntive o caratteristiche particolari nella cellula vegetale Membrana plasmatica Nucleo Sistema di endomembrane (RE e Apparato di Golgi) Mitocondri Microbodies
Membrana plasmatica La membrana plasmatica delle cellule vegetali è esposta soltanto quando viene rimossa la parete cellulare (protoplasti) Tipica organizzazione a mosaico fluido con doppio strato fosfolipidico Caratteristiche specifiche nelle cellule vegetali: Non contiene colesterolo Responsabili della creazione del gradiente elettrochimico necessario per il trasporto transmembrana sono le pompe protoniche (H + -ATPasi) Contiene complessi enzimatici per la sintesi di alcuni polimeri della parete cellulare (Cellulosa Sintasi) Interagisce strettamente con la parete cellulare
IL NUCLEO DELLA CELLULA VEGETALE Il nucleo ha le stesse componenti e la stessa organizzazione della cellula animale
Le piante hanno un contenuto molto variabile di DNA nucleare Il contenuto di DNA non è correlato con il grado di complessità dell organismo (molte sequenze ripetute, non codificanti)
L aspetto della cromatina nei nuclei vegetali in interfase dipende dalle dimensioni del genoma Genoma piccolo Abbondante eucromatina Genoma grande Abbondante eterocromatina Nucleo cromocentrico (o Nucleo diffuso) Nucleo cromonematico (o Nucleo reticolato)
Mitocondri Caratteristiche specifiche dei mitocondri nelle cellule vegetali Genoma molto più grande che nelle cellule animali 367 Kb in Arabidopsis (65 Kb codificanti) 16 Kb in mammiferi Vie alternative nella respirazione cellulare
Il sistema di endomembrane Reticolo endoplasmatico A B Funzioni aggiuntive nella cellula vegetale: A. Comunicazione intercellulare attraverso i plasmodesmi B. Produzione e accumulo di proteine di riserva (corpi proteici)
Il sistema di endomembrane Apparato del Golgi Funzioni aggiuntive nella cellula vegetale Sintesi di polisaccaridi di parete (Tutte le componenti di matrice) Sintesi di proteine destinate al vacuolo (Targetting intracellulare)
I comparti specifici della cellula vegetale Comparti esclusivi della cellula vegetale PARETE CELLULARE Sostegno Protezione meccanica Forma cellulare VACUOLO PLASTIDI Omeostasi idrica e ionica Distensione cellulare Accumulo/Riciclo di materiali Detossificazione Biosintesi (carboidrati, lipidi) Accumulo di sostanze
PARETE CELLULARE Funzioni della parete cellulare Determinante delle strategie di sviluppo dell organismo Controllo della crescita e della forma della cellula vegetale Determinante della funzione in molti tipi cellulari Fonte di segnali chimici nella comunicazione cellulare Interazioni con il mondo esterno (biotico e abiotico) 15% (3800) dei geni di Arabidopsis thaliana sono coinvolti nella sintesi e/o nella modificazione della parete cellulare
Molti organismi vegetali hanno cellule circondate da una parete cellulare. (Piante, Funghi, Procarioti, molti Protisti) Perché in molti organismi compare una parete cellulare? procarioti protisti funghi Un problema di acqua
La membrana plasmatica è selettivamente permeabile (attraversata da alcune molecole ma non da altre)
Diffusione dell acqua attraverso le membrane cellulari 1. è possibile grazie alle piccole dimensioni e all assenza di cariche 2. diffusione molto più rapida L acqua attraversa le membrane biologiche attraverso dei canali specifici, le AQUAPORINE Sono canali per l acqua (trasporto passivo) Elevata specificità per l acqua (alcune trasportano anche altre molecole) Elevata velocità di flusso a canale aperto Possibilità di regolazione del trasporto (fosforilazione/defosforilazione)
TRASPORTATORI DI MEMBRANA Grazie ai trasportatori sulla membrana plasmatica e sul tonoplasto, alcuni soluti cellulari (ioni, molecole organiche semplici e complesse) possono raggiungere nella cellula concentrazioni diverse dall ambiente circostante (TRASPORTO ATTIVO) H+ H+ H+ H+ H+ H+ TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO H+ H+ TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO
Concentrazione intracellulare dei soluti Le caratteristiche semipermeabili delle membrane biologiche fanno in modo che, una volta entrati mediante trasporto attivo, i soluti (ioni, molecole organiche semplici e complesse) rimangano nella cellula Es. All interno delle cellule algali, la concentrazione di soluti è generalmente maggiore rispetto all ambiente esterno (acqua dolce)
Diffusione e Osmosi Membrana permeabile DIFFUSIONE Pressione idrostatica Membrana semipermeabile OSMOSI Pressione osmotica Movimento dell acqua in condizione di osmosi
Il potenziale idrico Indica la capacità potenziale dell acqua a svolgere un lavoro H2O = + P + M + G Il potenziale idrico tiene conto di un numero di componenti = Potenziale osmotico P = Potenziale di pressione M = Potenziale di matrice G = Potenziale gravitazionale Determina il movimento dell acqua attraverso le membrane biologiche H2O > 0 H2O < 0
= Potenziale osmotico A B A < B soluto L acqua è un ottimo solvente perché forma intorno alle molecole cariche o polari un alone di idratazione (o solvatazione) L acqua impegnata nell alone di idratazione non è disponibile a svolgere lavoro L aumento di soluti riduce il numero di molecole d acqua disponibili diminuisce il valore di
La cellula e il problema dell acqua ext < cell ext = cell ext > cell Le soluzioni adottate nell evoluzione cellule isotoniche con l ambiente parete cellulare estrusione continua di acqua
La parete cellulare impedisce alla cellula vegetale di esplodere in un ambiente ipotonico
Comportamento della cellula vegetale in ambienti a potenziale idrico diversi soluzione esterna ipotonica legg. ipertonica ipertonica stato di turgore plasmolisi Nello stato di turgore, la pressione idrostatica (verso l esterno) dovuta alla componente osmotica è controbilanciata dalla contropressione (verso l interno) della parete cellulare cell = + P = 0 In condizioni di turgore, il potenziale idrico della cellula è 0
Per gli organi privi di un supporto meccanico lo stato di turgore ha una funzione di sostegno stato di turgore plasmolisi Lo stato di turgore è la condizione di vita ottimale per la cellula vegetale
Cambiamento di turgore e movimenti nelle piante Movimenti giornalieri di fiori e foglie Stomi Piante carnivore Mimosa pudica