BOTANICA : disciplina della biologia che studia le forme di vita del mondo vegetale. In particolare...
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BOTANICA: disciplina della biologia che studia le forme di vita del
mondo vegetale. In particolare studia la
anatomia, fisiologia, classificazione ed ecologia degli organismi vegetali
Deriva dal greco βοτάνη (botane) = erba, pianta
• In passato tutto ciò che non si considerava animale veniva considerato
"pianta“ o "vegetale"
• Attualmente, solo gli organismi pluricellulari non-animali autotrofi fanno parte del
regno Plantae
Gli organismi autotrofi sono in grado di sintetizzare le molecole biologiche di cui hanno bisogno utilizzando come fonte di
carbonio molecole inorganiche come anidride carbonica, e come fonte di azoto l'ammoniaca o altri composti inorganici azotati.
• Le piante sono organismi autotrofi, sintetizzano le proprie molecole organiche a partire da sostanze inorganiche (da aria, acqua, terreno), utilizzando energia del sole mediante processi di fotosintesi che avvengono nei cloroplasti. Parte dell’energia contenuta nel sole viene accumulata in molecole come glucosio. In questo processo di fotosintesi si libera come sottoprodotto della reazione ossigeno.
• sono formati da cellule eucariote, cioè da cellule dotate di un vero e proprio nucleo (Karion = nucleo);
• Le cellule delle piante sono provviste di pareti cellulari costituite da cellulosa
• Insieme al termine pianta si utilizza anche quello di erba. Si considerano erbe le piante basse con fusto verde e non legnoso. Solitamente sono piante annuali, ma non rare sono le specie biennali o perenni che, dopo l'appassimento della parte aerea, rinascono l'anno successivo grazie alla sopravvivenza della radice in stato quiescente durante la stagione sfavorevole.
Le piante come tutti gli altri esseri viventi vengono “classificate” cioè identificate ed organizzate in gruppi
secondo criteri di affinità o somiglianze. Della classificazione si occupa una specifica branca della
biologia, chiamata SISTEMATICA.
Haeckel (1894)Tre regni
Whittaker (1969)Cinque regni
Cavalier-Smith (2004)
Due domini e sette regni
Tre domini e sei regni
Animalia Animalia
Eukaryota
Animalia
Eukaryota
Animalia
Plantae
Fungi Fungi Fungi
Plantae PlantaePlantae
ProtistaChromista
Protozoa
Protista Protista
Monera Prokaryota
Bacteria Bacteria Bacteria
Archaea Archea Archea
Classificazione degli esseri viventi
Specie, genere, famiglia, ordine, classe, phylum, regno, dominio
• La specie è la categoria fondamentale e serve per identificare un particolare individuo e definire la sua appartenenza ad un determinato gruppo.La specie è l'insieme di tutti gli individui con caratteristiche assai simili che, accoppiandosi, generano figli fecondi e simili ai genitori. Viene identificata con due nomi, ad esempio:
Vinca major L., Vinca minor, L.
ESEMPIO: asino e cavalla appartengono a specie diverse perchè generano il mulo che è sterile (incapace di generare figli). Nelle piante la separazione tra specie non è così netta
Fragaria virginiana(Nord America orientale)
Fragaria chiloensis(Nord America Pacifico)
incrocio spontaneonel XVIII secolo in Francia
Fragaria ananassa
Triticum turgidum x Secale cereale
2n = 28 2n = 14
Triticalen = 21
a) frumento b) segale c) triticale
Triticaleincrocio non spontaneo
combinare la qualità del frumento con le capacità di adattamento all’ambiente della segale
non si possono usare i semi raccolti dalla pianta a causa della segregazione riassortimento ed eliminazione di parte dei cromosomi(vantaggio per le compagnie sementiere)
Ibridi F1–VIGORE IBRIDORese molto elevate
Le altre categorie sistematicheGenere: raggruppa specie simili tra loro, per esempio cane e lupo appartengono al genere Canis; Quercus suber e Quercus ilexFamiglia: raggruppa generi simili tra loro. La volpe, il cane e il lupo nella famiglia dei canidi; FagaceaeOrdine: raggruppa più famiglie simili tra loro. Il cane e il leone nell'ordine dei carnivori; FagalesClasse: raggruppa gli ordini simili tra loro. Gli animali che partoriscono, possiedono le mammelle per allattare, e la pelle coperta di peli nella classe dei mammiferi; MagnoliopsidaPhylum o Superdivisione: : raggruppa diverse classi simili; SpermatophytaRegno: è la categoria sistematica più ampia e comprende più phyla. Plantae
• Dominio: EukariotaRegno: PlantaeSottoregno: Tracheobionta (una volta dette Tracheofite o piante vascolari) Superdivisione: Spermatophyta (una volta dette Fanerogame)Divisione: Magnoliophyta (una volta dette Angiosperme)Sottodivisione: Magnoliophytina (una volta dette Dicotiledoni)Classe: MagnoliopsidaSottoclasse: RosidaeOrdine: RosalesFamiglia: RosaceaeSottofamiglia:MaloideaeGenere: MalusSpecie: Malus domestica Borkh., 1760
http://it.wikipedia.org/wiki/Rosaceae
• Ma che cosa hanno in comune gli esseri viventi?
• Tutti quanti, dal più piccolo batterio alla balena, sono costituiti da cellule
• Caratteristiche cellula ed in particolare della cellula vegetale
• Organizzazione delle cellule a differenziarsi per formare negli organismi pluricellulari i diversi tipi di tessuti
• I diversi organi delle piante: fusto, foglia, radice• La riproduzione ed il ciclo ontogenetico della
pianta• Diversità vegetale
Le cellule sono porzioni di materia vivente, protoplasma, delimitate da una MembranaNel protoplasma troviamo insieme ad acqua, macromolecole come: DNA (Genoma= insieme dei cromosomi), RNA e il macchinario molecolare (proteine) in grado di duplicare il DNA, trascriverlo in RNA e successivamente tradurlo in molecole diverse quali ad es. le proteine; a questo scopo la cellula utilizza molecole più semplici organiche o anche inorganiche prelevate dall’ambiente. Le cellule si riproducono mediante Divisione.
Acqua e piccole molecole
Acqua, macromolecole DNA RNA e molecole più piccole
Membrana lipidica
La cellula è dotata di vita autonoma, capace cioè di riprodursi, accrescersi e
reagire agli stimoli che provengono dall’ambiente esterno mantenendo
costante il proprio ambiente interno (omeostasi)
• Riproduzione: DNA a doppio filamento• Espressione: Informazione e Crescita
DNA RNA proteine trascrizione traduzione
• Risposta all’ambiente: Membrana (Canali, pompe e trasportatori, endocitosi,
esocitosi)
DNA, RNA, Membrana
Ma per fare tutto questo occorre EnergiaMolecola di scambio per energia = ATP
ma da dove viene l’energia necessaria per la cellula?
Acqua e piccole molecole
Acqua, macromolecole DNA RNA e molecole più piccole
Membrana lipidica
Le macromolecole si formano per associazione di pochi tipi di molecole più piccole. Le macromolecole della cellula sono:
Acidi nucleici: DNA, RNA (nucleotidi)
Proteine (aminoacidi)
Carboidrati (zuccheri semplici)
I lipidi sono in genere piccole molecole
I batteri e gli archea sono costituiti da un unico compartimento
Gli eucarioti invece presentano all’interno della cellula più compartimenti.
Si ritiene che derivino dall’associazione di archea e batteri
Tutti gli esseri viventi sono costituiti da cellule: procarioti ed eucarioti
Eucarioti:• Animali,• Piante, pluricellulari• Funghi,• Protisti unicellulari
Hanno dimensioni diverse; la dimensione delle cellule è in relazione alla quantità di DNA. La dimensione dell’organismo dipende dal numero di cellule che costituisce l’organismo.
CELLULA
PROCARIOTIEUCARIOTI
ANIMALI VEGETALI7-30 µm
(eccezioni: diversi cm)20-50 µm
1 o pochi µm
FUNGHIPROTISTI
UNITA’ DI MISURA
μm
nm
20 X 30 μm 20 μm 1X2 μm 1X5 μm
25 nm 2 nm
7 nm
micron = 10-6 m; nanometro = 10-9 nm
• I virus sono parassiti obbligati delle cellule. I virus contengono un
• unico tipo di acido nucleico (DNA o RNA) • e qualche proteina essenziale per la duplicazione del proprio
genoma. I virus sfruttano il macchinario proteico della cellula per duplicarsi e sintetizzare le loro proprie proteine. I virus, ed altri elementi genetici mobili come plasmidi, trasposoni ed altro, sono importantissimi per il tresferimento di geni e quindi per l’evoluzione degli organismi viventi.
• Il genoma di molti eucarioti piante ed animali consiste in larga parte di residui inattivi di tali elementi (up to 80 percent of the genome in plants).
E i virus?
BatteriVivono in habitat molto differenziati, il DNA è organizzato in un singolo
cromosoma circolare, ma con qualche eccezione con cromosomi lineari; inoltre contengono i plasmidi, piccoli tratti di DNA circolare extracromosomale che si duplicano autonomamente, e codificano agenti “difensivi”
La riproduzione è asessuata, ma la variabilità genetica è assicurata da trasferimenti di DNA “orizzontali” tra diverse cellule e dalle mutazioni
ArcheiVivono in condizioni estreme di temperatura e pH, alte concentrazione di
zolfo o Sali, basse concentrazioni di ossigeno. Il DNA è organizzato in un singolo cromosoma circolare. Struttura chimica della membrana e pareti cellulari del tutto unica rispetto a batteri ed eucarioti
La riproduzione è asessuata, ma la biochimica della duplicazione cellulare è piú simile a quella degli eucarioti che a quella dei batteri (per quanto riguarda la struttura delle polimerasi, ad esempio); in generale, molta parte del proteoma degli archei è affine a quello degli eucarioti
Tipi di batteri
200-300 micron600 micron
Dominio EukaryotaRegno Plantae
Divisione ClorophytaClasse UlvophyceaeOrdine Dasycladales
Famiglia PolyphysaceaeGenere Acetabularia
Lamouroux, 1812
Il lievito Saccharomyces cerevisiae. (A) microscopia a scansione. Si divide per gemmazione. (B) microscopio elettronico a trasmissione visibili nucleo, mitocondri, e la parete cellulare.
Le cellule eucariotiche degli organismi sia unicellulari che pluricellulari, presentano in aggiunta a quanto osservato per i procarioti, una suddivisione della parte interna in più compartimenti. I due compartimenti più importanti sono :
il compartimento citoplasmatico che contiene citoplasmail compartimento nucleare che contiene nucleoplasma
Nel nucleo si trovano di solito più molecole di DNA di tipo filamentoso, organizzato in “tot” cromosomi. Qui avviene, se ovviamente la cellula decide di riprodursi, la duplicazione del DNA (in modo che le due cellule figlie che si originano abbiano lo stesso tipo di DNA sia qualitativamente che quantitativamente) e il passaggio di parte dell’informazione contenuta nel DNA (il DNA codifica per le proteine)in una molecola simile (trascrizione): RNA.
RNA si porta nel citoplasma e dirige la sintesi delle proteine (traduzione)
Il compartimento citoplasmatico è suddiviso a sua volta in compartimenti più piccoli sempre delimitati da una o due membrane:
Apparato vacuolare: Reticolo endoplasmatico, Apparato di Golgi,LisosomiVacuolo centrale (cell. vegetali)Mitocondri (due membrane)Plastidi: (due membrane) Cloroplasti, Cromoplasti, LeucoplastiPerossisomi
Tutti questi compartimenti membranosi sono immersi in una matrice detta citosol contenente acqua, piccole molecole, complessi proteici vari. Tra questi ultimi ricordiamo i ribosomi e gli elementi del citoscheletro
• Il reticolo endoplasmatico provvede alla sintesi di proteine e lipidi, l’apparato di Golgi smista questi prodotti verso la membrana o all’esterno, i lisosomi degradano materiale organico di tipo vario (i vacuoli delle piante in parte assomigliano ai lisosomi), i perossisomi degradano lipidi, li trasformano in carboidrati e in particolare utilizzano O₂ per degradare molecole organiche. Il citoscheletro permette i movimenti intra ed extracellulari.
• I ribosomi sono responsabili della sintesi delle proteine
• Mitocondri e Plastidi. Non sono connessi con gli altri organelliSi ritiene che derivino da procarioti liberi, poi inglobati in una primitiva cellula eucariotica (endosimbiosi). Il batterio aerobico si trasforma così in mitocondrio (organello semiautonomo) Tutte le cellule eucariotiche hanno mitocondri … Successivamente alcune di queste cellule eucariotiche (le future cellule vegetali) inglobarono anche un batterio fotosintetico che si trasformò in cloroplasto…e così si formò la primitiva cellula vegetale.