Capire le caratteristiche della cellula vegetale è importante per comprendere il ruolo attivo che le piante hanno per il nostro benessere. Studiando la cellula vegetale capisci perchè le piante possono vivere senza di te, ma – soprattutto – puoi capire perchè tu non puoi vivere senza le piante.
Perchè il riso è più digeribile della pasta? Perchè i granuli di amido si trovano in forma di granuli complessi, mentre i granuli della pasta si trovano in forma di granuli semplici. Gli enzimi che attivano la digestione (semplificando la spiegazione) hanno un maggiore punto di attacco sui granuli composti del riso, pertanto possono attuare in modo più efficiente la fase di digestione.
Ma per saperne di più leggi tutto il post e addentrati nelle caratteristiche della cellula vegetale.
Cellula vegetale – caratteristiche della cellula eucariotica
La cellula vegetale procariotica si riferisce alle cellule dei primi organismi comparsi sulla terra. Le cellule procariotiche non hanno organuli delimitati da membrana. A differenza delle cellule procariotiche, le cellule eucariotiche dispongono di organelli delimitati da membrana, La cellula procariotica non è compartimentata per svolgere le proprie funzioni, mentre la cellula eucariotica ha una struttura ben compartimentata,
La cellula vegetale eucariotica è una evoluzione della cellula vegetale procariotica.
La cellula vegetale è formata da una parete esterna, dal protoplasto che contiene il citoplasma. Il citoplasma è delimitato dalla membrana plasmatica.
Elementi che contraddistinguono la cellula vegetale
La cellula vegetale ha forma geometrica, aggregate ad altre cellule negli esseri pluricellulari, possono essere di forma cilindrica, stellata, filiforme …
La cellula vegetale è una cellula immobile, contiene soprattutto acqua ed è autotrofa.
Le parti più caratteristiche della cellula vegetale sono:
- membrana plasmatica o plasmalemma
- parete cellulare
- vacuolo
- plastidi
La membrana plasmatica
La membrana plasmatica delle cellule vegetali viene chiamata anche plasmalemma. Ha l’importante funzione di sintetizzare e assemblare le microfibrille di cellulosa della parete cellulare.
Il plasmalemma, al microscopio elettronico, appare costituito da tre strati, due strati fosfolipidici e uno strato acquoso interno alla membrana.
Gli organuli caratteristici, per eccellenza, della cellula vegetale sono:
- Plastidi
- Parete cellulare
- Vacuolo.
I plastidi
Si differenziano in cloroplasti, leucoplasti o amiloplasti e cromoplasti.
I cloroplasti sono responsabili della sintesi clorofilliana.
Sono organuli delimitati da una doppia membrana detta involucro del cloroplasto. L’interno del cloroplasto è caratterizzato da una serie di membrane a forma di sacchi appiattiti.
Troviamo:
- tilacoidi stromatici o intergrana, sono membrane che attraversano il cloroplasto in tutta la sua lnghezza.
- tilacoidi granari o grana: si tratta di membrane a forma di sacchi più brevi dei primi.
Nei tilacoidi ha luogo la fase luminosa della fotosintesi. Nello spessore delle membrane descritte sopra sono presenti i carotenoidi e le clorofille (pigmenti fotosintetici). - Lo stroma è la parte del cloroplasto in cui non è presente il sistema di membrane costituito dai tilacoidi stromatici e tilacoidi granari (intergrana e grana). All’interno dello stroma troviamo DNA e ribosoma di tipo batterico.
Nello stroma del cloroplasto avviene la fase oscura della fotosintesi.
I cloroplasti sono in grado di autoprodurre parte degli enzimi che occorrono per il loro funzionamento. Un cloroplasto funzionante presenta al suo interno granuli di amido, definiti amido primario. Durante la notte l’amido primario (semplificando molto il processo) verrà allontanato dai cloroplasti per essere portato nei luoghi in cui si necessita di energia, oppure verrà accumulato come amido di riserva divenendo amido secondario.
I Leucoplasti o amiloplasti svolgono la funzione di riserva di amido
Abbiamo visto che durante la fotosintesi clorofilliana si produce amido che viene idrolizzato e deve essere trasportato fuori dai cloroplasti (altrimenti ostacolerebbe il processo di fotosintesi). L’amido viene portato fuori dai cloroplasti e verrà usato come fonte energetica. A volte la pianta produce più amido del necessario e questo viene immagazzinato nei plastidi leucoplasti o amiloplasti.
Gli amiloplasti hanno un sistema di membrane meno complesso di quello analizzato per i cloroplasti. Le membrane tendono a scomparire man mano che i leucoplasti si arricchiscono di amido. L’amido tende a concentrarsi da un punto iniziale definito ilo. Se l’amido si concentra attorno ad un solo ilo abbiamo granuli di amido semplice.
Più granuli di amido semplici aggregati tra loro possono dar vita ad un granulo composto. Nel caso dei granuli composti, i granuli di amido risulteranno aggregati intorno a più ili, ma nello stesso amiloplasto (leucoplasto).
La struttura dei granuli è importante dal punto di vista alimentare. I granuli di amido composti sono più facili da digerire rispetto ai granuli più semplici. Gli enzimi trovano, nei granuli composti, una più ampia superficie di attacco, questo spiega perché il riso è più digeribile della pasta.
Il cromoplasto
Altro plastidio tipico della cellula vegetale è il cromoplasto. La sua forma ricorda molto la forma del cloroplasto. Nel cromoplasto mancano le clorofille, sono presenti i carotenoidi. Sono i carotenoidi a dare al plastidio la colorazione giallo, arancio o rosso. Nello stroma del cromoplasto troviamo i plastoglobuli, si tratta di gocce lipidiche responsabili della colorazione di molti frutti, fiori e altri organi delle piante.
Il Vacuolo della cellula degli esseri vegetali
Il vacuolo è un altro importante organello che caratterizza la cellula vegetale. Nella maturazione della cellula può arrivare ad occupare circa il 90% del lume cellulare. Il vacuolo è circondato da una sola membrana lipoproteica (tonoplasto). La membrana contiene succo vacuolare.
Il vacuolo, infatti, al suo interno è ricco di sostanze organiche ed inorganiche che può essere o sospesa o disciolta nella parte acquosa.
Ampiezza del vacuolo a seconda dell’evoluzione della cellula
Quando le cellule sono embrionali presentano diversi e piccoli vacuoli, quando le cellule crescono e si differenziano tendono ad avere un unico vacuolo grande. Il vacuolo della cellula vegetale occupa la maggior parte dello spazio citoplasmatico.
Il vacuolo è per lo più inerte
Abbiamo visto che il vacuolo è ricco di succo vacuolare, questo lo rende piuttosto inerte e quindi permette, alla cellula vegetale, il raggiungimento di volumi importanti senza compromettere il corretto rapporto superficie volume. Attraverso la membrana plasmatica si ha un buono scambio con l’esterno.
La funzione di riserva del vacuolo
Il vacuolo può contenere zuccheri, enzimi, proteine, acidi organici.
Riserva di acqua sostanza inorganica
Il vacuolo rappresenta una grande riserva di acqua, acqua che non viene lasciata libera nel citoplasma grazie membrana vacuolare tonoplasto. La pianta utilizza strategicamente il vacuolo per aumentare le dimensioni delle cellule e per accrescersi. Gli esseri vegetali garantiscono, grazie al vacuolo, un’ampia superficie di contatto con l’esterno. Le cellule vegetali sono più grandi di quelle animali proprio per presenza del vacuolo che, nell’età adulta della cellula, può raggiungere dimensioni molto voluminose fino ad occupare quasi tutto il lume cellulare.
Si dice che il vacuolo ha funzione osmotica attiva, garantisce il turgore cellulare e può avere funzioni di riserva. Il vacuolo ricco di sostanze organiche e inorganiche effettua un continuo richiamo di acqua al suo interno e questo favorisce il turgore cellulare.
In una cellula adulta il citoplasma viene addossato alla periferia della cellula facilitando lo scambio intracellulare.
La funzione osmotica del vacuolo e la funzione del tonoplasto
Il tonoplasto ha permeabilità selettive, svolge quindi un ruolo importante nella comunicazione interna esterna del vacuolo. Il tonoplasto, membrana ad uno strato, del vacuolo permette processi di osmosi. Consente quindi al vacuolo di raggiungere un suo proprio turgore. Il tonoplasto consente di mantenere il vacuolo nel suo aumento di volume, che poi va aumentare il volume della cellula stessa.
Il vacuolo è riserva di zuccheri metaboliti primari
Come zuccheri possiamo trovare dei mono o disaccaridi, ad esempio il fruttosio e il saccarosio. Generalmente il saccarosio non è molto presente, tranne in piante come barbabietole da zucchero.
Il vacuolo è riserva di proteine – granuli di aleurone
Il vacuolo nella sua funzione di riserva accumula anche le proteine che vanno a costituire una struttura tipica.
Le proteine costituiscono dei piccoli granuli detti granuli di aleurone.
I granuli di aleurone rivestono un ruolo importante nello studio degli individui vegetali, leggili con me:
- I granuli di aleurone sono importanti a livello farmacognostico ovvero sono rilevanti nella individuazione e riconoscimento delle diverse specie vegetali in quanto assumono forme caratteristiche.
- Questi granuli si trovano nei semi maturi, l’idrolisi di queste proteine, al momento della germinazione del seme, ne determina lo sviluppo
Il modo in cui si organizzano e interagiscono i granuli di aleurone permette agli studiosi di poter identificare le specie vegetali contribuendo in modo importante nella loro difficile attività di riconoscimento.
Il vacuolo può contenere ioni ossalati di calcio
Anche questa è una struttura importante dal punto di vista farmacognostico. Nel metabolismo respiratorio si può produrre un eccesso di acidi organici, tra cui l’acido ossalico, che si organizza nel vacuolo a formare dei cristalli di ossalato di calcio, si cristallizza in varie forme divenendo utile nella classificazione e identificazione delle droghe vegetali. Le specie delle Solanacee ad esempio vengono spesso riconosciute – grazie alla cristallizzazione di ossalato di calcio – sezionando le foglie. Troviamo esempi nella Atropa belladonna, Giusquiamo nero, Datura stramonium.
Il vacuolo può contenere metaboliti secondari
Questo permette alla pianta di non spargere i metaboliti secondari nel citoplasma.
All’interno del vacuolo vengono anche concentrate sostanze nocive per la pianta.
Il vacuolo è riserva di enzimi
In questo senso il vacuole ha anche funzione catalitica.
La parete della cellula vegetale
La parete cellulare è l’elemento di distinzione primario con la cellula animale. E’ l’elemento che più caratterizza la cellula vegetale dalla cellula animale. La parete cellulare si trova anche in funghi e batteri.
La parete cellulare forma un involucro attorno al protoplasto che contiene la cellula evitando un eccessivo rigonfiamento che possa portarla a scoppiare.
La parete cellulare ha funzione di:
- confine di espansione per la cellula, impedisce la rottura della membrana plasmatica che è sottostante alla parete.
Evita l’esplosione della cellula. - difesa per la cellula, importante per difendere il sistema pianta d agenti patogeni che possono essere nell’ecosistema (dai batteri, dai funghi patogeni in collaborazione con la membrana plasmatica).
- esoscheletro per la cellula, la parete può infatti anche essere ispessita da lignina. Ricorda che la pianta non ha nulla di paragonabile al nostro scheletro.
Sostanze che costituiscono la parete cellulare
La parete cellulare svolge importanti funzioni per la cellula. Tali funzioni sono possibili per la particolare costituzione della parete cellulare:
- polisaccaridi (cellulosa, emicellulosa e pectine),
- proteine (donano sia una funzione strutturale che enzimatica)
- fenilpropani si tratta di molecole più piccole. Hanno una struttura a 6 atomi di carbonio (struttura aromatica) agganciata a 3 atomi di carbonio. I fenilpropeni sono importanti per le modificazioni a cui la parete cellulare può andare incontro.
La parete cellulare è composta di 3 parti:
- lamella mediana
- parete primaria
- parete secondaria (non sempre presente, è presente sempre nei tessuti di sostegno)
La lamella mediana si trova tra due cellule adiacenti e da questo punto si costruisce la parete primaria e la parete secondaria.
La parete primaria o P1 della cellula vegetale
Si forma addossata alla lamella mediana. Parete primaria, definita anche P1, e lamella mediana vengono definite lamella mediana composta.
La parete primaria è elastica. La parete primaria si forma, infatti, quando le cellule non hanno ancora smesso di crescere, hanno un metabolismo attivo e sono in grado di dividersi, pertanto la parete primaria deve essere fortemente elastica.
La parete primaria è formata da una parte matriciale una parte fibrillare.
All’interno della P1 si trovano microfibrille di cellulosa.
Le microfibrille di cellulosa che si trovano all’interno della matrice della parete primaria, hanno un andamento casuale e per questo vengono definite a tessitura dispersa. anche la P2 ha microfibrille di cellulosa, ma sono in ordine parallelo e per questo vengono definite a tessitura parallela.
L’espansione della P1 è dovuta all’espansione delle microfibrille, se sono disposte casualmente la cellula può accrescersi in tutte le direzioni, se sono posizionate in modo più parallelo la cellula si accrescerà solo in lunghezza.
L’espansione della P1 avviene grazie alla rottura e riformazione dei legami delle catene di cellulosa e emicellulosa. L’emicellulosa è una sostanza costituita da zuccheri. Sono le proteine espansine a favorire la rottura e la rigenerazione dei legami tra le catene di cellulosa e le catene di emicellulosa.
La matrice acquosa è costituita anche da pectine.
Composizione della struttura della parete cellulare
La parete cellulare è costituita di metaboliti primari, cellulosa (polisaccaride) , polisaccaridi, proteine.
Si suddivide in una parte di matrice ed una parte formata da fibrille di cellulosa. La parete cellulare è composta da una parte di matrice (polisaccaridi e proteine) una parte di fibrille. Composizione strutturale Abbiamo una parte matriciale
fatte da polisaccaridi e proteine e una parte fibrillare formata da cellulosa, che è un polisaccaride.
La cellulosa, con le sue fibrille, forma l’esoscheletro (“impalcatura”) delle pareti cellulari, è una componente permanente delle pareti cellulari. La cellulosa è costituita dal monomero glucosio. E’ resistente alla degradazione enzimatica e viene sintetizzata da un complesso definito cellulosa-sintetasi collocato a
livello della membrana plasmatica delle cellule vegetali.
La cellulosa è sintetizzata a livello del plasmalemma, gli enzimi cellulososintetasi sono costituiti da sei sub-unità disposte sul plasmalemma, formano una sorta di rosetta. Queste rosette sono disposte in modo congeniale per far uscire dalla cellula le molecole di glucosio che verranno legate per formare la cellulosa.
Quando la cellula fermerà la sua crescita si formeranno i legami con proteine come l’estensina bloccando definitivamente la struttura della cellula. La parete d’ora in poi potrà crescere solamente come volume tramite la costituzione e accrescimento della P2.
La parete secondaria della cellula vegetale P2
Si forma più internamente alla P1, si distingue in strato 1 sottile, strato 2 più spesso, strato 3 di nuovo sottile.
E’ molto più ricca in cellulosa e più povera in polisaccaridi amorfi. Le fibrille si trovano in ordine parallelo.