lezione 5

Ecco gli appunti di studio:

• L'osmosi, il potenziale idrico e il vacuolo

Osmosi e Separazione

• L'osmosi è il passaggio di acqua tra due comparti.
• Immagina un recipiente diviso in due comparti da un setto di separazione, con acqua pura in un comparto e una soluzione nell'altro.
• Se il setto è permeabile sia al soluto sia all'acqua, la concentrazione della soluzione nei due comparti diventa identica nel tempo a causa della diffusione.
• Se il setto è semipermeabile, permette il passaggio solo delle molecole d'acqua, portando il sistema a raggiungere la parità di concentrazione tramite il trasferimento di acqua.
• Con l'osmosi non si ottiene la parità di concentrazione, ma la quantità d'acqua nel comparto con i soluti aumenta fino a pareggiare la pressione idrostatica dell'acqua contro il setto.
• La pressione esercitata all'equilibrio dalla colonna di liquido è detta pressione osmotica.
• Per studiare l'osmosi, si utilizza un apparecchio chiamato osmometro.
• Più alta è la pressione osmotica, maggiore è la capacità di richiamare acqua attraverso un setto semipermeabile.

Misurazione della Pressione Osmotica

• La pressione osmotica si misura in atmosfere o in altre unità di misura per la pressione come bar, mm di Hg, pascal, dine / cm².
• Nelle soluzioni diluite, esiste una relazione che lega la pressione osmotica e la concentrazione: π = RTC (relazione di van't Hoff).
• Nella relazione di van't Hoff, l'unica costante è R.
• La pressione osmotica non dipende dal tipo di soluto, ma solo dal numero complessivo di particelle in soluzione.
• Se si idrolizza un polimero, la concentrazione di particelle e quindi la pressione osmotica aumenta.
• Se si forma un polimero da monomeri, accade il contrario.
• Un fenomeno analogo si osserva per la dissociazione dei sali.
• Una membrana biologica rappresenta un setto di separazione semipermeabile imperfetto.
• In realtà, la membrana è permeabile all'acqua e ai diversi soluti con velocità diversa.
• In tempi molto lunghi, una membrana biologica può permettere il raggiungimento di concentrazioni uguali ai due lati della membrana.

Effetti delle Soluzioni sulle Cellule

• Soluzione ipertonica: le cellule perdono acqua e si raggrinziscono.
• Soluzione isotonica: la concentrazione salina è normale.
• Soluzione ipotonica: la cellula assume acqua, si rigonfia e infine scoppia.

Plasmolisi e Turgore

• In una cellula vegetale in soluzione ipertonica, si restringe e si stacca dalla parete cellulare, un fenomeno chiamato plasmolisi.
• In una cellula vegetale in soluzione ipotonica, la cellula diventa turgida ma mantiene la propria forma grazie alla parete cellulare, un fenomeno chiamato turgore.
• Esistono due tipi di plasmolisi: concava e convessa.
• Per una cellula vegetale, la condizione di turgore è ottimale per lo svolgimento delle attività vitali.
• La condizione opposta è detta appassimento, e una cellula appassita si trova in deficit di acqua.

Potenziale Idrico

• Per misurare quantitativamente gli scambi idrici, si usa il concetto di potenziale d'acqua (o idrico), derivato dal potenziale chimico.
• Il potenziale chimico è una misura indiretta dell'energia libera e della capacità di compiere lavoro.
• Esso varia in funzione di diversi parametri, tra cui temperatura, pressione e concentrazione di una sostanza.
• Il potenziale chimico di una sostanza X è descritto dalla formula: μχ = μχ° + RT In Nx + PVx + nFE + Mxgh.
• Nell'acqua a livello cellulare, alcuni di questi termini sono trascurabili, semplificando la formula a: μH2O = μH20° + RT In NH20 + PVH2O.
• Ovvero: μH20 - μH20° = RT In NH20 + PVH2O.
• Il termine relativo alla concentrazione dell'acqua è calcolato con riferimento alla concentrazione dei soluti in acqua: RT In NH20 = - RT In (1 - NH20) ≈ - RTNs.
• Δμ = - RTN5 + PVH20
• Dividendo per il volume molare dell'acqua (18 cm³ per mole), i valori di potenziale diventano valori di PRESSIONE e si misurano in Pascal.
• Si parla comunque di POTENZIALE IDRICO: ΨH2O = YS + Ψρ.
• ΨH2O = Ys + Yp
• Ys = - RTNS / V
• π = RTC
• Ψς = - π
• Conoscendo il potenziale d'acqua in due punti, si può prevedere in quale direzione si muoverà l'acqua; essa tende sempre a muoversi dai punti a potenziale superiore verso quelli a potenziale inferiore.
• Il potenziale d'acqua di una cellula vegetale è determinato da due fattori: la concentrazione dei soluti nel vacuolo e le proprietà meccaniche della parete.
• Ψcell. = Ψosm. + Ψpar.

Il Vacuolo

• Il vacuolo è un organulo circondato da una membrana chiamata tonoplasto.
• Vacuoli di vario tipo sono presenti anche nelle cellule animali, ma nelle cellule vegetali differenziate il vacuolo ha dimensioni particolarmente rilevanti.
• La grande estensione superficiale del corpo delle piante, necessaria per massimizzare il contatto con l'ambiente, si realizza utilizzando l'acqua per riempire il vacuolo.
• Il vacuolo costituisce la maggior parte del volume cellulare e quindi della pianta stessa.
• Ottenere lo stesso risultato con il citoplasma sarebbe più costoso energeticamente, e la diluizione del citoplasma non è compatibile con il mantenimento delle condizioni chimico-fisiche necessarie.

Rapporto Superficie/Volume

• Aumentando le dimensioni, il rapporto tra superficie e volume diminuisce progressivamente, riducendo l'efficienza nell'assunzione dei nutrienti.

Contenuto del Succo Vacuolare

• Oltre all'acqua, il succo vacuolare può contenere:
  • ioni inorganici (nitrato, Na+, K+, Ca++, Mg++; SO4¯¯, H2PO4¯, NO3, CI¯).
  • acidi organici: ossalico (che precipita a formare cristalli), malico, tartarico, citrico; più rari: succinico, isocitrico, lattico.
  • carboidrati (glucosio, fruttosio, saccarosio); in alcune piante (Compositae) anche inulina, nelle alghe azzurre e nei funghi anche glicogeno.
  • amminoacidi liberi (leucina, tirosina, istidina, arginina, asparagina, glutammina), ammidi, proteine.
  • depositi di tannini.
  • lipidi (funzione di riserva in alcuni semi: olii).
  • olii eterei (sostanze odorose delle piante aromatiche).
  • pigmenti: antociani e flavoni
  • glucosidi ed alcaloidi: es. colchicina.
• I tannini (composti polifenolici) sono particolarmente abbondanti in alcuni tessuti (xilema e ritidoma) e conferiscono sapore sgradevole.
• Cristalli di ossalato di calcio (stiloidi, sabbia cristallina, rafidi, druse) sono usati per convertire in forma fisiologicamente e osmoticamente inattiva il calcio in eccesso e come protezione contro gli erbivori.
• Accumulo di granuli proteici come sostanza di riserva nell'endosperma di un embrione.

Funzioni del Vacuolo

• Le funzioni del vacuolo includono:
  • organulo osmoregolatore, mantenimento del turgore cellulare – in collaborazione con la parete.
  • distensione cellulare durante il differenziamento.
  • movimento (mediante variazioni del turgore cellulare).
  • sede dell'accumulo di ioni, pigmenti e metaboliti vari con funzione di difesa o riserva.
  • funzioni litiche.
  • sede dei processi di detossificazione e di accumulo di sostanze nocive.
  • L'aumento di dimensioni del vacuolo guida il processo di distensione cellulare correlato con il differenziamento.
• Il processo si accompagna ad una deformazione plastica della parete cellulare.