Botanica - Lezione 1 (24-09-24) PDF

Botanica Gli ALIMENTI FUNZIONALI contengono sostanze bioattive che promuovono la salute, riducendo il rischio di malattia o migliorando una determinata funzione biologica (per essere funzionale, un alimento deve avere delle proprietà bioattive nelle quantità normalmente consumate). Gli ESTRATTI sono...

Botanica Gli ALIMENTI FUNZIONALI contengono sostanze bioattive che promuovono la salute, riducendo il rischio di malattia o migliorando una determinata funzione biologica (per essere funzionale, un alimento deve avere delle proprietà bioattive nelle quantità normalmente consumate). Gli ESTRATTI sono dei composti con proprietà benefiche, estratti dalle piante molte piante sono tossiche per gli animali, ma è comunque possibile estrarre sostanze utili da quest'ultime AGROECOLOGIA=applicazione di concezioni e principi ecologici alla progettazione e gestione di agrosistemi sostenibili l'agenda 2030 mira alla riduzione dell'uso delle risorse, collegabile anche agli allevamenti animali NOVEL FOOD=alimenti mai consumati dall'uomo prima del 1990(es. insetti, larve…) NUTRACEUTICI=sostanze come gli integratori LA CELLULA VEGETALE La CELLULA è un'unità morfofunzionale di tutti gli esseri viventi(unicellulari o pluricellulari) (i non viventi non hanno cellule). La prima TEORIA CELLULARE formulata si basava unicamente su 3 concetti fondamentali: tutti gli organismi sono composti da una o più cellule la cellula è l'unità fondamentale della struttura derivano da cellule pre-esistenti quella moderna ha avuto l'aggiunta di alcuni punti: DNA come materiale ereditario flusso di energia nelle cellule(ATP) attività cellulare regolata da segnali chimici Le cellule possono essere procariote o eucariote, con alcune caratteristiche in comune: membrana cellulare materiale genetico(nel citoplasma per le procariote, nel nucleo per le eucariote) citoplasma ribosomi PROCARIOTI: 1-10 micrometri EUCARIOTI: 10-100 (il materiale genetico negli eucarioti si trova organizzato in cromosomi) Agli EUCARIOTI appartengono: protisti piante funghi animali (si sono formati a partire da organismi procarioti) (sia unicellulari che pluricellulari) presentano organuli cellulari, che separano fisicamente complessi di reazioni specifiche, in modo che esse si svolgano indipendentemente tra di loro Il COEFFICIENTE DI SEDIMENTAZIONE è un numero adimensionale che misura il rapporto tra la velocità di sedimentazione di un corpo ideale e quella del corpo in esame RIBOSOMI PROCARIOTICI: 70S RIBOSOMI EUCARIOTICI: 80S TEORIA ENDOSIMBIOTICA Si ipotizza che un organismo più piccolo si sia unito a uno più grande, traendone un vantaggio evoluzionistico(un batterio aerobico fu ingoiato da una cellula ospite anaerobica, che beneficiava dall'energia prodotta da esso. Nel tempo il batterio ospitato ha perso materiale genetico per la codifica di tutto ciò che non era più necessario). Le proteine codificate sono dedicate al simbionte permanente. COMPONENTI DELLA CELLULA VEGETALE I MITOCONDRI: hanno DNA diverso da quello del nucleo sono organelli semiautonomi, replicano autonomamente inibiti da molecole antibiotiche, senza arrecare danni alla cellula questo perchè, probabilmente, contengono geni che vennero ceduti dai batteri originali inglobati. Un altro indizio sta nel fatto che la membrana più interna delle due o più che circondano un mitocondrio ha composizione simile a quelle batteriche(è priva di colesterolo). La PARETE CELLULARE ha una funzione di supporto, si trova all'esterno della membrana cellulare. Costituisce la parte che entra in contatto con le altre cellule, solitamente contiene chitina(non nei funghi). Può essere digerita dalle cellulasi, lasciando una struttura “scoperta”, il protoplasto. La cellulosa, ovvero un carboidrato strutturale, che costituisce in parte la parete, di valore nutrizionale, è sintetizzata a livello della membrana plasmatica da complessi chiamati cellulose-sintasi. La parete è sintetizzata a strati: 1. lamella mediana costituita da pectine, che funzionano come un gel viscoso mantenendo in contatto le cellule adiacenti. Viene attraversata dai plasmodesmi, cioè canali citoplasmatici nella parete cellulare che mettono in comunicazione cellule vicine consentendo comunicazione e trasporto 2. parete primaria posta tra la membrana plasmatica e la lamella, è elastica ed è costituita per circa l’80% da glicoproteine, mentre la restante parte è fibrillare. In corrispondenza dei plasmodesmi si trovano le punteggiature primarie, punti in cui la comunicazione tra cellule adiacenti è semplificata 3. parete secondaria posta tra la membrana e la parete primaria, è per circa l’80% fibrillare, la restante parte è costituita da glicoproteine nelle cellule giovani è presente solo una parete primaria sottile, attraversata da plasmodesmi nelle cellule vecchie, alla parete primaria si aggiunge quella secondaria(maggiore spessore) La parete secondaria può essere complessata e modificata con reazioni 1)lignificazione, pigmentazione, mineralizzazione→INCROSTAZIONE (lignificazione=deposizione di lignina nella matrice a livello delle emicellulose e delle sostanze pectiche; pigmentazione=sostanze come tannini e polifenoli con forti proprietà antisettiche; mineralizzazione=deposito di Ca2CO3…) 2)cutinizzazione, cerificazione, suberificazione→APPOSIZIONE (cutinizzazione=la cutina conferisce impermeabilità ad acqua e gas) 3)GELIFICAZIONE=la parete può assumere aspetto mucillaginoso Prendendo in considerazione il collegamento citoplasmatico creato dai plasmodesmi, in un ammasso di cellule vegetali si possono distinguere un simplasto, cioè l’entità funzionale composta da tutti i citoplasmi delle cellule dell’ammasso, e un apoplasto, tutto ciò che è esterno(cellule morte, pareti cellulari…) Differenze tra parete e membrana: la parete è più spessa, costituita da polisaccaridi, con notevole resistenza meccanica la membrana è meno spessa, costituita da un doppio strato fosfolipidico, con poca resistenza meccanica Il VACUOLO, se ben idratato, spinge gli organuli della cellula vicino alla parete cellulare(se la cellula è disidratata, la membrana cellulare si stacca dalla parete). Non ha funzione di produzione, bensì di conservazione(ciò che conserva predilige un pH acido, di 4-5). La presenza del vacuolo nella cellula vegetale permette di aumentare la superficie disponibile per le reazioni ed è circondato da una membrana chiamata tonoplasto, che racchiude il succo vacuolare. Il tonoplasto è costituito da proteine di trasporto come le acquaporine, essenziali nell'acqua all'interno del vacuolo(più numerose nel lato che si affaccia sul citosol). Se la cellula è immatura presenterà tanti piccoli vacuoli, che con la maturazione si fonderanno nell’unico restante, più grande. SOL. IPOTONICA=il vacuolo si gonfia, ma la parete si oppone allo scoppio SOL. ISOTONICA=il vacuolo non subisce cambiamenti SOL. IPERTONICA=il vacuolo si sgonfia, la membrana si allontana dalla parete I PLASTIDI sono organuli esclusivi delle cellule vegetali, responsabili di attività metaboliche come la fotosintesi, la biosintesi di acidi grassi, degli amminoacidi e dell'amido possiedono ribosomi 70S nucleoidi scissione binaria doppia membrana unitaria(membrana esterna-spazio intermembrana-membrana interna) si differenziano da proplastidi(piccoli organuli indifferenziati) sono classificati in base ai pigmenti(cloroplasti, leucoplasti, cromoplasti) cloroplasti←→cromoplasti durante la maturazione dei frutti La luce è un importante fattore di regolazione(una pianta lasciata al buio avrà un colore più pallido) proplastidi foglia+buio→elaioplasti proplastidi radice+buio→amiloplasti proplastidi radice+luce→cloroplasti i CLOROPLASTI hanno il compito di catturare l'energia solare per compiere la fotosintesi, per questo possono anche muoversi(se ridotta coprono tutta la parete, se abbondante si concentrano lungo le pareti perpendicolari alla superficie della foglia) il cloroplasto contiene un liquido chiamato stroma contenente degli enzimi dedicati all'attività fotosintetica e al metabolismo dell'amido il sistema tilacoidale è costituito da tilacoidi, organizzati in sacculi possono presentarsi dischi impilati e semplici membrane i LEUCOPLASTI svolgono la funzione di accumulo delle sostanze di riserva, cioè l'amido secondario (l'amido primario, cioè il prodotto della fotosintesi, viene accumulato temporaneamente nel cloroplasto. Poi viene idrolizzato e trasportato sotto forma di saccarosio fino ai leucoplasti, come amido secondario) gli AMILOPLASTI sono deputati alla sintesi e alla degradazione dell'amido, sono sensibili alla gravità. Il loro numero aumenta invecchiando i granuli di amido secondario vengono depositati al loro interno a partire da un centro proteico ILO, attorno al quale l'amido viene deposto in strati concentrici hanno una forma diversa a seconda della pianta, possono essere semplici o composti si trovano anche nella cuffia della radice, dove hanno la funzione di percepire la gravità i CROMOPLASTI possono derivare da cloroplasti differenziati in seguito della degradazione della clorofilla, della scomparsa dei tilacoidi e l'accumulo di carotenoidi sono plastidi colorati per i carotenoidi o xantofille, non sono fotosintetici presentano un sistema esteso di membrane LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA FASE LUMINOSA: catena di trasporto di elettroni che sfrutta la luce per produrre ATP FASE OSCURA: il ciclo di calvin trasforma C inorganico in C organico NUTRIMENTO AUTOTROFI: introducono sostanze inorganiche per produrre molecole organiche ETEROTROFI: introducono sostanze organiche prodotte da altri organismi guardare sulle slide ORGANIZZAZIONE ARCHITETTONICA DELLE CELLULE DEL MONDO VEGETALE le alghe, anche quelle pluricellulari, non presentano strutture differenziate i muschi sono strutture differenziate all'esterno, ma non all'interno le piante superiori presentano strutture differenziate sia all'esterno che all'interno(una parte delle cellule diviene adulta e si differenzia a seconda della funzione da svolgere, mentre una parte rimane allo stato embrionale per garantire la crescita dell'individuo) LE ALGHE Non sono piante acquatiche(cormofite), ma hanno qualche caratteristica in comune: - fotosintesi clorofilliana - possiedono pigmenti responsabili della colorazione - vivono in ambiente acquatico Possono essere unicellulari e pluricellulari(tallofite), sono organismi autotrofi che necessitano di luce. Sono eucariote, con degli organelli intracellulari che svolgono diverse funzioni. Alcuni pigmenti contenuti nelle alghe sono fotosintetici, producono O2. La clorofilla(a, b, c), può essere nascosta da altri pigmenti, ma è sempre presente. Anche se pluricellulari, le cellule sono tutte uguali: per questo le alghe mancano di tessuti per il trasporto(c'è un passaggio di nutrienti dall'esterno all'interno, ma senza strutture addette). L'unico differenziamento si trova nelle alghe pluricellulari che per adesione si attaccano a scogli ecc, e nelle cellule sessuali di quelle alghe che hanno riproduzione sessuata. Possono vivere in qualsiasi condizione e possono essere addirittura parassiti di altri organismi(es. protozoi, spugne funghi…). Altre possono essere patogene, come la rototeca, che provoca la mastite nel bovino. Le alghe microscopiche galleggianti costituiscono il fitoplancton, che è alla base di ogni ambiente acquatico. Il loro ruolo nell'ambiente acquatico è comparabile a quello delle piante terrestri. CLASSIFICAZIONE dimensioni macroalghe, quasi del tutto marine microalghe, fonte di proteine alternative utili sia per l'uomo che per gli animali(possono essere coltivate ovunque) cellule unicellulari, possono aggregarsi in colonie o formare mucillagini. Spesso sono immobili, e quelle mobili hanno un movimento passivo(es. seguendo il movimento delle acque) pluricellulari, riproduzione sessuate, isogamia(gameti uguali), anisogamia(uno è più grande), oogamia(uno è simile a un uovo, l'altro è flagellato) asessuate colore clorofite(verde), più vicine alla superficie dell'acqua cromofite(marrone), intermedie→diatomee e dinoficee(unicellulari), alghe brune(pluri) contengono fucoxantina rodofite(rosse), più in profondità (nonostante la profondità, tutte hanno bisogno di luce in egual modo) pigmentazione clorofille: clorofilla a(presente in tutte le alghe), b, c, d, e carotenoidi: xantofille e caroteni biloproteine: ficocianina, ficoritrina, alloficocianina prodotti stoccati Tutti i gruppi di alghe hanno gli stessi prodotti primari fotosintetici, ma la natura dei nutrienti di riserva può differire a causa della durata della vita delle alghe. alghe brune: laminarina come sostanza di riserva alghe rosse: amido come sostanza di riserva Le sostanze di riserva possono depositarsi vicino ai pirenoidi(corpi tondeggianti a composizione proteica che sono il centro di deposizione di amido e oli) LE DIATOMEE Sono delle microalghe unicellulari, caratterizzate da uno scheletro in silice. Vivono nei diversi tipi di acqua, libere o in colonie(10-200 micron). Sono rivestite dal fustolo(involucro esterno rigido), che presenta un asse di simmetria. In base a questo asse si dividono in: - centrales(diatomee centriche) - pennales(diatomee pennate) Se si conoscono le condizioni ideali di crescita di un tipo di Diatomee, posso avere una valutazione indiretta delle condizioni ambientali: ad esempio la presenza di specifiche diatomee in un ambiente può indicare che quell'ambiente è inquinato. Un eccessivo sviluppo di alghe in un ambiente acquatico porta all'eutrofizzazione: una riduzione di scambi gassosi tra l'atmosfera e l'acqua, una putrefazione della materia organica delle alghe morte, uno sviluppo di batteri anaerobi(tossici e maleodoranti) → degrado dell'ambiente acquatico. Questo fenomeno è incrementato dagli scarichi civili o industriali nelle acque, che le rende troppo ricche di nutrienti. Anche gli allevamenti sono un problema(le deiezioni vengono usate come fertilizzanti, il suolo non riesce più ad assimilarle e vengono trasportate nelle acque). APPLICAZIONI - fertilizzante - biogas - produzioni di agar - alimento(il mercato si è fortemente espanso)(slide 49 in poi) Le macroalghe possono essere raccolte direttamente in mare, o coltivate con sistemi industriali(insieme alle microalghe). Alcune alghe possono limitare i batteri nel rumine, riducendo l'emissione del metano nell'atmosfera. I TESSUTI VEGETALI I tessuti sono costituiti da più cellule(vive o morte) unite insieme. Alcune cellule svolgono la loro funzione solo da morte. Le cellule si sviluppano nelle 3 direzioni dello spazio. Possono essere solidi o liquidi(la linfa non è un tessuto). Le pareti cellulari delle cellule vegetali solitamente hanno strutture con introflessioni, per aumentarne la superficie(il rapporto superficie/volume deve essere favorevole, fattore aiutato anche dalla pluricellularità). Le cellule dell'embrione, che in origine sono totipotenti si differenziano e diventano cellule adulte, destinate a svolgere un compito preciso nell'organismo(posizione della cellula → funzione) Tra i tessuti vegetali si distinguono: tessuti meristematici(embrionali) tessuti adulti Per capire l'età di una cellula si osservano - lamella mediana - stratificazione parete - plasmodesmi - parenchima aerifero DIFFERENZIAMENTO Tessuto meristematico→ adulto I tessuti adulti possono dividersi in: tegumentali, con funzione di protezione e riduzione delle perdite d'acqua conduttori, di linfa grezza(legno o xilema, funzionano da morti)(radici→foglie) ed elaborata(libro o floema)(in tutte le parti che lo richiedono) meccanici, come lo sclerenchima(sostegno degli organi adulti) e il collenchima(sostegno di organi in accrescimento) parenchimatici, riempiono alcuni spazi I TESSUTI MERISTEMATICI Le piante continuano a crescere fino alla morte, per questo mantengono una scorta di cellule totipotenti che differenziandosi possono originare nuove cellule. Queste riserve sono chiamate meristemi, possono essere apicali o laterali(sono abbondanti negli embrioni, contenuti nei semi). In alcuni casi, nelle piante si può tornare dalla cellula differenziata a quella totipotente. Tessuti meristematici primari=accrescimento longitudinale(in altezza) Tessuti meristematici secondari=accrescimento radiale(in spessore) Nella parte apicale di ogni radice è sempre presente un apice meristematico rivestito distalmente dalla cuffia. Le funzioni della cuffia sono: - protezione dell'apice - gravitropismo, grazie agli statoliti - facilitare la penetrazione della radice nel terreno, grazie agli statoliti che producono sostanze mucillaginose Un altro apice meristematico è presente nella parte apicale del fusto, protetto dalle foglioline originate dalle bozze fogliari. Si sviluppano inoltre i primordi dei rami, che daranno origine ai rami laterali. I TESSUTI TEGUMENTALI Rivestono tutta la pianta ed hanno funzione di protezione verso: Parassiti, agenti atmosferici Regolano gli scambi gassosi Parti aeree: impediscono una traspirazione troppo elevata, che provocherebbe l'avvizzimento della pianta, perciò sono costituiti, per la maggior parte, da cellule a stretto contatto tra loro, senza spazi intercellulari, e hanno le pareti impregnate da polimeri impermeabili. epidermide cellule vive, piatte, non lasciano spazi intercellulari tra di loro(eccetto gli stomi, che si trovano al di sopra di un ampio spazio intercellulare, la camera sottostomatica). Sono  impermeabili all'acqua grazie al rivestimento di cutina(non digeribile dai parassiti, serve anche a proteggere), alcune producono i peli. (Il tessuto tegumentale che riveste le radici è un’epidermide detta rizoderma con la funzione di assorbire acqua e sali minerali dal terreno) Gli stomi sono formati da due cellule di guardia, che formano una rima stomatica(aperta o chiusa in base agli input esterni). Si divaricano se pieni d'acqua o con la luce o carenza di CO2; si chiudono se carenti d'acqua o con il buio o con troppo calore(la distribuzione degli stomi è distintiva per le piante). I peli hanno funzione protettiva, possono avere un effetto urticante(peli ghiandolari). Possono essere fatti da cellule vive o morte, unicellulari o pluricellulari. sughero A mano a mano che la pianta invecchia e diventa legnosa l’epidermide del fusto viene sostituita con cellule suberificate che vanno a costituire la corteccia. I TESSUTI CONDUTTORI xilema→linfa grezza (cellule morte) trasporto per capillarità(i vasi si generano dopo la morte delle cellule): trachee, più ampie, e tracheidi, più ristrette. La linfa viaggia dalle radici fino alle foglie. Le cellule iniziano a svolgere questo compito dopo la loro morte La pianta diventa adulta - Aumenta la lignificazione(con un diverso andamento a seconda della posizione del vaso). - Aumenta il diametro. - Sparisce la parete trasversale.  floema→linfa elaborata (cellule vive) Il floema è composto da cellule vive dalle pareti cellulosiche, le cui funzioni vengono svolte dalle cellule compagne, addossate ad ogni porzione del vaso. La linfa viene portata in ogni parte del corpo grazie ai cordoni formati dall’adesione delle cellule(i plasmodesmi permettono anche la diffusione della linfa all’esterno dei vasi). Gli elementi vascolari e quelli cribrosi decorrono fianco a fianco nello stesso cordone: fasci cribro-vascolari. I TESSUTI MECCANICI Hanno funzioni di sostegno e di resistenza. I due punti principali dove può essere trovato sono le radici, nella parte centrale, e il fusto, nella parte periferica. collenchima(sostegno elastico) sono cellule non lignificate con un grosso vacuolo centrale, al di sotto dell'epidermide o parte di cordoni, in grado di allungarsi insieme ai tessuti circostanti per sostenere l’organo. sclerenchima(sostegno rigido) costituito da cellule morte, con una parete secondaria lignificata. Le cellule sclerenchimatiche sono le sclereidi, brevi e ramificate, e le fibre, lunghe e non ramificate. TESSUTI PARENCHIMATICI Sono sempre costituiti da cellule vive con pareti permeabili e citoplasma organizzato a seconda della funzione cellulare. Sono i meno differenziati tra tutti i tessuti adulti(corrispondono al tessuto connettivo negli animali). Il parenchima fondamentale è costituito da cellule con forma poliedrica e parete sottile, mentre la maggior parte del citoplasma è occupato dal vacuolo(es. nelle radici). Il parenchima fotosintetico(aerenchima)è costituito da cellule ricche di cloroplasti(es. nelle foglie). Il parenchima aerifero presenta delle cavitá, ampi spazi intercellulari, che convogliano l'aria dall'esterno all'interno della pianta(es. nelle piante acquatiche) Il parenchima acquifero è costituito da cellule con i vacuoli ripieni d'acqua Il tessuto parenchimatico di riserva è usato per accumulare le sostanze di riserva(es. nel citoplasma) es.  Es. L'insulina, che funziona da prebiotico(può essere utilizzata nel cane e nel gatto), è accumulata nel parenchima del Topinambur. Es. il parenchima che accumula proteine nel ricino o quello che accumula oli nell'avocado Es. all'esterno del frumento troviamo un parenchima di riserva delle proteine. Il cuore del frumento è amido. La crusca porta fibra insolubile e proteine. É la base di crescita degli insetti. Es. nelle piante succulente c'è il parenchima acquifero I TESSUTI SECRETORI Secrezione=eliminazione di sostanze utili, che non sono rifiuti Escrezione=espulsione di prodotti inutili I tessuti secretori possono essere interni o esterni alla pianta, comprendono singole cellule, canali o cavità, peli secernenti. I peli ghiandolari. Le ghiandole digestive delle piante carnivore. I canali resiniferi, di origine schizogena(il lume del canale si è formato in seguito alla lisi della lamella mediana che univa le cellule secretrici e al loro allontanamento in seguito alla secrezione della resina).  Le tasche lisigene, si formano in seguito alla morte e alla disgregazione delle cellule secretrici contenenti oli essenziali, che procede dal centro verso l'esterno della tasca. I METABOLITI SECONDARI Alcune piante sono in grado di produrre dei metaboliti secondari, cioè sostanze prodotte dal metabolismo secondario. Quest’ultimo non è necessario alla sopravvivenza della pianta, ma può migliorare le sue condizioni di vita. - Protegge la pianta dagli erbivori o patogeni - Attrae gli impollinatori o degli animali - Mantiene una competizione tra una pianta e quelle adiacenti o tra la pianta e gli organismi simbionti La quantità prodotta di metaboliti secondari è influenzabile da fattori biotici o abiotici, oppure in base alla stagionalitá. Metaboliti emessi per attrarre gli animali - fiori - frutti Metaboliti emessi per difendersi - semi - fusto - foglie I metaboliti secondari fanno parte dei segnali semiochimici, ovvero composti chimici che regolano le interazioni tra organismi viventi e in grado di determinare modificazioni di carattere etologico, fisiologico o anatomico. Feromoni, per la comunicazione intraspecifica(animali) Allelochimici, per la comunicazione interspecifica(piante) - Pianta-pianta - Pianta-animale - Pianta-insetto Gli allelochimici possono a loro volta essere: Allomoni, il beneficio va all’emettitore Cairomoni, il beneficio va al ricevente Sintonia, il beneficio è reciproco Si trovano nei tessuti secretori, o solo in alcune cellule specializzate, ma non in tutte le piante. Possono essere usate come sostanze aromatiche, coloranti, sostanze a interesse farmacologico e nutraceutico(es. aspirina). Nell’agricoltura sostenibile sono usati al posto degli insetticidi. CLASSI DEI METABOLITI SECONDARI I terpeni Sono composti da unitá isopreniche a 5 atomi di carbonio 1) I monoterpeni sono nocivi per le altre piante ma utili per l'uomo. Ad esempio, gli oli essenziali, molto comuni nella flora mediterranea. Le piretrine(piretroidi di sintesi) sono molto tossiche per i gatti, sono prodotte dalle conifere per lo stress causato dai coleotteri. Questi composti sono contenuti in tricomi ghiandolari che fungono da segnale sulla tossicità della pianta, un avvertimento per gli erbivori prima che assaggino. Questi tricomi contengono gli oli essenziali in uno spazio cellulare compreso tra la cuticola e la parete cellulare. 2) I carotenoidi sono politerpeni, si dividono in caroteni(solo C e H2) e xantofille(C, H2, O2), e presentano un'attività antiossidante, utile per contrastare la formazione di tumori. - Il beta carotene è il precursore della vitamina A, è contenuto nei frutti rossi(il cane non è capace di convertirlo). - Il licopene si trova nei pomodori, ha una funzione anticarcinogenica. I composti fenolici difesa contro i fitopatogeni, funzione strutturale, l’attrazione di impollinatori. 1) Le furanocumarine, diventano tossiche quando esposte alla luce solare. Queste si legano alla citosina e timina di una doppia elica di DNA, provocando il blocco della trascrizione e riparazione fino a determinare la morte della cellula. Sono usate anche nel coumadin, un anticoagulante(infatti avevano causato delle emorragie nel bestiame in passato). 2) Il THC, con attività psicotropa. 3) I flavonoidi antociani, rossi in ambiente acido e blu in ambiente basico flavoni e flavonoli, gialli-bianchi avorio - La quercitina, con attività antinfiammatoria, protezione cardio-circolatoria, riduzione della tossicità di alcuni farmaci 4) Resveratrolo, nella pianta è prodotto dopo eventi stressanti come infezioni, esposizione alle radiazioni. É prodotto nell'epidermide delle foglie e nella buccia dell'uva. Ad esso è attribuita una possibile azione antitumorale, antinfiammatoria e di fluidificazione del sangue, che può limitare l'insorgenza di placche trombotiche. 5) Tannini, sono fenoli solubili in acqua presenti nei frutti acerbi. Sono usati in alimentazione animale per le proprietà antimicrobiche 6) L'acido salicilico e acetilsalicilico I composti azotati Contengono un atomo di azoto, sono sintetizzati a partire da amminoacidi comuni 1) Alcaloidi, sono insolubili in acqua, con gli acidi formano sali idrosolubili di acidi organici e inorganici, sono prodotti nelle dicotiledoni(es. colchicina, cioè il falso zafferano)(es. la teobromina nel cioccolato è tossica per i cani). 2) Glicosidi, hanno funzioni di detossificazione e difesa FITOESTRATTI E FITOCOMPLESSI Gli antibiotici sono una risorsa non rinnovabile, che ormai sono contrastati dalla antibiotico-resistenza. I fitocomplessi sono insiemi di tutti i componenti chimici di una pianta, risultante dalla naturale combinazione del principio attivo con altre sostanze, terapeuticamente inattive o con attività di natura diversa, ma che globalmente conferiscono alla pianta le specifiche proprietà terapeutiche per cui viene utilizzata. Possono essere usati come antiossidanti, antimicrobici, antinfiammatori, immunostimolanti. LE PIANTE Una pianta è un organismo pluricellulare, autotrofo, formato da cellule eucariote. Vascolari: non hanno strutture e sono di piccole dimensioni Non vascolari: radici, fusto Diversi tessuti vegetali possono unirsi per formare organi, cioè parti della pianta spazialmente definite e che formano unità di lavoro specializzate. Es. - Radici, per ancoraggio e nutrimento - Fusto, conduzione e sostegno delle foglie verso la luce - Foglie, per la fotosintesi, respirazione e traspirazione - Fiore, riproduzione - Seme, propagazione Le foglie Di forma laminare, costituita da una lamina, un apice, un picciolo, due stipole(espansioni laminari alla base del picciolo), la guaina che connette il picciolo con il ramo, e il nodo. Es. Zea mays, le sue foglie non hanno il picciolo, quindi la lamina fogliare aderisce direttamente allo stelo. Ad ogni nodo corrisponde una foglia ; nel Pisum sativum, la lamina è ridotta; nel sedano in realtà ci nutriamo dei piccioli. I normofilli(foglie verdi) sono organi della pianta preposti a svolgere l’organicazione del C a partire da composti inorganici e smaltire l’acqua in eccesso. Sono costituiti dall’epidermide superiore e inferiore. Nella parte volare si registra un maggior numero di stomi, fondamentali per mantenere la giusta quantità d’acqua(1000 a mm²). Sotto all’epidermide superiore si trova il mesofillo, costituito da cellule disposte perpendicolarmente rispetto alla superficie dell’epidermide, ricchissime di cloroplasti(sono deputate alla cattura dell’energia luminosa). Nelle piante succulente il tessuto lacunoso è acquifero e non aerifero. I fillomi sono: I cotiledoni sono le prime foglie a formarsi dopo la germinazione del seme(sono unici nelle monocotiledoni). Le spine sono foglie trasformate in organi di difesa a punta dura, accumulata, pungente. Le squame hanno la funzione di protezione dell'organo che ricoprono(es. bulbi). Le brattee sono presenti negli organi aerei della pianta, generalmente vicino ai fiori, dove svolgono una funzione vessillare o protettrice. I viticci si avvolgono ad un corpo vicino allo scopo di sostenere la pianta(ad esempio nella vite) Antofilli: a loro volta suddivise in petali e sepali(fiore) Sporofilli: formano stami e pistillo(fiore) Il seme In senso botanico è l’embrione della pianta, mentre in senso agronomico è l’organo utilizzato per la propagazione delle piante coltivate. Le pteridofite, una branca delle piante vascolari, non presentano semi. Le angiosperme proteggono il seme con il frutto. Nel seme può essere presente del tessuto nutritivo(le sostanze che contiene variano a seconda della pianta). I tegumenti sono protezioni esterne. Il frutto è chiamato pericarpo. Si divide in endocarpo, mesocarpo ed esocarpo. Il seme del frumento è deposto dal germe(embrione), la parte esterna è la crusca, molto ricca di fibra. Sotto al tegumento si trova lo strato aleuronico. Nell'endocarpo si trova dal 5 al 15% d'acqua, che aiuta a mantenere lo stato di quiescenza del seme. Il seme aiuta a disperdere la progenie nell'ambiente e a farla sopravvivere. Per la germinazione del seme, ci devono essere acqua e ossigeno sufficienti, oltre che a una temperatura adatta. 1) Assorbimento acqua 2) Aumento di volume e rottura dei tegumenti 3) Emissione della radichetta 4) Sviluppo ipocotile e cotiledoni 5) Foglia La dispersione del seme può avvenire per via abiotica, ad esempio attraverso il vento o l'acqua, o per via biotica, quindi grazie all'ingestione degli animali o attaccandosi al loro pelo. GLI OGM Gli Organismi Geneticamente Modificati sono organismi diversi dall'essere umano che è stato modificato rispetto alla sua natura. La domesticazione delle piante è la selezione operata dall’uomo su un certo numero di specie vegetali giudicate più utili rispetto alla massa delle piante selvatiche, quando è iniziata l'agricoltura: - Raccolta preferenziale di esemplari con caratteristiche vantaggiose In un campo gamma vengono coltivati diversi vegetali, e vengono attivati i raggi gamma: alcune piante muoiono, altre sopravvivono rimanendo modificate. Ad esempio, dal grano senatore cappelli coltivato in un campo gamma si è ottenuto un mutante nano, da cui è derivato il grano Creso. L’UE ha però escluso l’irraggiamento dalla definizione di OGM(l’uomo dovrebbe intervenire direttamente sul genoma). Es. L'insulina veniva prima estratta dai cadaveri, poi dal suino. È comunque leggermente diversa da quella umana. Per ottenere l'insulina ricombinante si sono inseriti i geni che codificano per l'insulina. IL DNA RICOMBINANTE In natura esistono barriere di specie che non consentono lo scambio di materiale genetico tra organismi appartenenti a specie diverse. La genetica tradizionale consente di ottenere varietà diverse solamente attraverso incroci intraspecifici sfruttando l'universalità del codice genetico. Propagazione in vitro delle piante Propagazione=da una pianta possono ottenere molti suoi cloni perché la pianta è in grado di rigenerarsi. Embriogenesi somatica=rigenera embrioni a partire da qualsiasi tipo di cellula dei tessuti di una pianta, si basa sulle capacità vegetali di ricostruire l'intero organismo a partire da cellule somatiche. Micropropagazione= permette di ottenere individui uguali alla pianta di partenza: coltivati in brodo di coltura, i frammenti di organi di pianta posti in adatte condizioni di temperatura e umidità in presenza di alcuni ormoni vegetali formano un callo, ammasso di cellule indifferenziate. Metodi di trasformazione delle cellule vegetali Elettroporazione, usando il glicole polietilenico come vettore chimico, il DNA viene fatto entrare nel protoplasto. Microiniezione, iniettare direttamente nelle cellule vegetali materiale genetico estraneo attraverso un microscopio ottico e un micromanipolatore che consente di demoltiplicare i movimenti della mano. Metodo biolistico, dei microproiettili di metallo vengono rivestiti del DNA esogeno e sparati verso le cellule ospiti(i pori aperti si richiudono poi velocemente) Agrobacterium tumefaciens(batterio Gram-neg, non-sporigeno, mobile), grazie al plasmide Ti genera dei tumori nelle piante chiamate galle del colletto. È soprattutto il tratto “T-DNA” del plasmide T a causare la patogenicità. Questo batterio viene fatto muovere dalla presenza di acetosyringone(una pianta, per essere infettata da esso, deve presentare una lesione). Il T-DNA si integra in modo casuale nel genoma della pianta, presenta due tipi di geni: quelli oncogeni e quelli sintetizzanti le opine(fonte di C e N per il batterio). Se si tolgono i geni oncogeni e si sostituiscono con il DNA esogeno, può essere usato come vettore. GREEN BIOTECHNOLOGY 1° generazione=piante geneticamente modificate per degli input traits(resistenza agli stress abiotici e biotici) Es. Piante resistenti agli erbicidi(abiotico) o virus(biotico) 2° generazione=piante geneticamente modificate per degli output traits(nutrienti, molecole farmaceutiche…) Es. Piante produttrici lisina 1° Generazione(piante resistenti agli erbicidi) Il pomodoro Flavr savr allunga la vita commerciale del pomodoro tradizionale, evitando di rammollirsi quando commerciati. È stata usata una tecnologia anti-senso della PG(poligalatturonasi): al momento in cui la PG inizia la sua trascrizione sulla molecola di mRNA, lo farà anche quella anti-senso. I due mRNA diventano quindi complementari e si appaiano, annullando l’effetto della PG, ovvero il rammollimento. L'impiego degli erbicidi è considerato insostituibile in agricoltura moderna, perché garantisce ad ogni pianta il giusto spazio vitale e l’assenza di competizione da parte delle infestanti. Il glifosato è l'erbicida più usato al mondo. È in grado di inibire un enzima, l'EPSP sintasi. È stata creata una soia immune al glifosato grazie a un ceppo selvaggio di Agrobacterium. Da questo ceppo è stato estratto il gene CP4 EPSPS, trasferito poi nelle piante di soia tramite metodo biolistico. Vantaggi: una coltura commercialmente resistente all’erbicida consente di utilizzare l’erbicida nella fase di germinazione in modo mirato e a costi ridotti per il minore impiego dello stesso. Piante resistenti agli insetti(tecnologia BT) La piralide è un pidocchio che depone le uova sulla superficie volare delle foglie, su cui si sviluppano delle larve, che svermano nel fusto, nelle spighe e negli stocchi di mais. La pianta produrrà di meno e sarà meno resistente alle intemperie. Per evitare perdite sia qualitative che quantitative, sono state ideate delle piante resistenti agli insetti. Il Bacillus thuringiensis produce una tossina, chiamata Cry toxin, che una volta ingerita dalla piralide la fa solubilizzare dall'ambiente alcalino. Il mais maximizer è in grado di proteggersi dalla piralide: presenta il gene Bt, che permette al mais di sintetizzare la proteina Cry letale per la piralide, e il gene BAR, che permette la tolleranza al glufosinato, quindi la pianta diventa più tollerante agli ibridi normali al diserbante. 2° generazione Il golden rice è stato venduto come il migliore sistema di cura della avitaminosi. Adesso, il contenuto di beta-carotene è piuttosto elevato, coprendo il 50% di fabbisogno di vitamina A. La Arctic apple è stata creata con la stessa tecnica anti-senso del pomodoro Flavr savr. Viene ridotta l'attività del PPO(polifenolo ossidasi), che causa l'imbrunimento della mela. La Amflora potato è stata prodotta per la produzione di carta. Dalla patata tradizionale si ottiene l’amido, composto da amilosio e amilopectina. Le Amflora potatoes hanno visto inibito l’enzima che sintetizza l’amilosio, dato che l’amilopectina è responsabile delle utili proprietà industriali dell'amido. Medical molecular farming: le piante sono state prese in considerazione come via genetica alternativa per la produzione di molecole di interesse farmaceutico. I vaccini edibili sono piante transgeniche/xenogeniche che esprimono nei loro tessuti edibili parti di microrganismi (antigeni) in grado di indurre una risposta immunitaria specifica (mucosale) nell’animale dopo somministrazione orale. Per produrre questi vaccini, alcune piante sono più portate di altre: le patate ad esempio, venendo mangiate cotte, non riuscirebbero a conservare l'antigene, che verrebbe denaturato dal calore. Il riso e la banana richiedono troppo tempo per crescere, il pomodoro marcisce rapidamente. Una miscela di semi di tabacco ingegnerizzati è stata usata come vaccino orale contro le infezioni da E. coli nel suino. Sono stati scelti i semi e non la pianta perché quest'ultima contiene sostanze alcaloidi. Sono stati usati i geni promotori per indirizzare l'espressione della proteina nei semi. I fattori di virulenza, se mutati, perdono la capacità di indurre la malattia. OGM e sostenibilità delle produzioni animali Aumentare la popolazione Ottimizzare la superficie attualmente coltivata per ottenere di più  Aumentare la resa(rapporto tra la q.tà globale del prodotto utile e la superficie) Trovare una pianta ideale Colture biotech nel mondo In Europa si segue il principio di precauzione, la sicurezza alimentare è data dall'EFSA. Un prodotto estero può circolare in Europa solo dopo la conferma della Commissione Europea e dell'EFSA. Valutazione di sicurezza OGM: Analisi tossicologiche Allergenicità No trasferimento genico No resistenza agli antibiotici Equivalenza sostanziale(nuovo e originale devono avere gli stessi valori nutritivi ecc) Non esiste traccia di DNA ricombinante in prodotti di derivazione animale di animali cibati con mangimi OGM. L'etichetta serve unicamente per informare il consumatore. Deve indicare: Se il prodotto contiene OGM o derivati Non contano come alimenti OGM se contengono meno dello 0.9%(della singola materia prima), se viene considerata una contaminazione accidentale. Se la presenza di OGM invece era voluta, è obbligatorio indicarlo sull’etichetta. Alimenti biologici: OGM=0 OGM free: OGM