Curs Citologie Vegetală PDF

CURS 1 Citologie vegetală ELEMENTE DE CITOLOGIE VEGETALĂ Celula este unitatea morfo-funcţională elementară a tuturor organismelor procariote şi eucariote. Ea reprezintă un prim nivel de organizare a materiei vii, dotat cu capacitate de autoreglare, autoconserv...

CURS 1 Citologie vegetală ELEMENTE DE CITOLOGIE VEGETALĂ Celula este unitatea morfo-funcţională elementară a tuturor organismelor procariote şi eucariote. Ea reprezintă un prim nivel de organizare a materiei vii, dotat cu capacitate de autoreglare, autoconservare şi autoreproducere. Primele forme de viaţă, deci primele celule, au apărut în urmă cu 3,5 - 4 miliarde de ani. Timp de aproape 1500 de milioane de ani Pământul a fost populat aproape în exclusivitate de organisme procariote anaerobe. Cu circa 1800 de milioane de ani în urmă au apărut şi primele eucariote. Aceste două tipuri de organisme şi de organizare celulară au coevoluat şi coexistă şi în biosfera actuală a planetei noastre. Corpul tuturor plantelor este constituit din unităţi structurale şi funcţionale numite celule. Unele plante au corpul alcătuit dintr-o singură celulă şi se numesc unicelulare (bacteriile, unele alge şi ciuperci). Majoritatea plantelor au corpul format din numeroase celule şi se numesc pluricelulare. Celulele unui organism pluricelular sunt diferenţiate şi specializate pentru îndeplinirea anumitor funcţii. Cu cât o plantă se află pe o treaptă mai ridicată în scara evolutivă cu atât numărul tipurilor de celule diferenţiate este mai mare (angiospermele au până la 76 de tipuri). Forma celulelor vegetale este variată şi determinată de rolul fiziologic îndeplinit, de origine, poziţia ocupată în cadrul diverselor ţesuturi, condiţiile de mediu. La plantele pluricelulare, celulele pot fi tabulare (în suber), poliedrice (în parenchimuri), stelate (în măduva tulpinii de Juncus), reniforme sau halteriforme (celulele stomatice), septate (celulele asimilatoare din frunza de la Pinus), cilindrice (elementele conducatoare), sferice (celulele din parenchimul cortical al radacinii). Aceste forme variate se pot grupa în două tipuri fundamentale: celule parenchimatice, cand au un contur mai mult sau mai puţin circular ori oval, axele aproape egale (celule izodiametrice, cu una din axe de cel mult 3 ori mai mare decât celelalte) şi colţurile mai mult sau mai puţin rotunjite; celule prozenchimatice, când lungimea este cu mult mai mare decât lăţimea şi grosimea. Diferenţa dintre cele două tipuri fundamentale este vizibilă numai în secţiunile longitudinale efectuate prin diferite părţi ale corpului plantelor. Mai putem menţiona şi o a treia categorie de celule numite idioblaste, care sunt adesea izolate, de formă paticulară, înglobate în ţesuturi cu celule uniforme (celule cu tanin sau cu cristale de oxalat de calciu din mezofilul multor rozacee şi fabacee, celule de forma literei T din mezofilul frunzei de ceai). Mărimea celulelor vegetale oscilează în limite foarte mari, de la câţiva micrometri (şi pentru observarea lor este necesar microscopul fotonic) până la câţiva centimetri sau chiar metri. Prezentăm doar câteva exemple : - celulele bacteriene au sub 1 micrometru; - celulele unor ciuperci inferioare (drojdia de bere) au circa 4-6 micrometri; - celulele meristematice de la plantele superioare au în medie 10-50 de micrometri; - celulele definitive ale dicotiledonatelor au între 30 şi 50 de micrometri, iar cele de la monocotiledonate între 50 şi 100 de micrometri; - celulele din endocarpul unor fructe de la citrice pot atinge 2-3 centimetri; - fibrele textile pot atinge 2-4 centimetri la cânepă şi chiar 50 de centimeti la ramie; - cenoblastul de la alga verde unicelulară Caulerpa prolifera poate atinge 1 metru; - traheile (vase lemnoase) de la unele liane pot atinge 5 1  metri. Părţile componente ale celulei vegetale Văzută la microscopul fotonic, celula apare formată dintr-un conţinut limitat de un perete celular (dermatoplaste). O celulă vegetală este alcatuită din mai multe componente, bine definite morfologic şi cu activităţi vitale precis determinate, numite organite. La acest tip de microscop se mai pot observa vacuola, plastidele (cloroplaste, cromoplaste, amiloplaste), nucleul (cu nucleoli), cristalele de oxalat de calciu, rareori mitocondriile. Văzută la microscopul electronic, celula vegetală dezvaluie o structură mult mai complexă; astfel, la o celulă definitivă eucariotă întâlnim, de la exterior spre interior următoarele componente: peretele celular; plasmalema (membrana celulară); hialoplasma sau citosolul (masa fundamentală a citoplasmei); un sistem membranar intern, foarte dezvoltat, asemănător din punct de vedere structural şi chimic cu plasmalema, format din reticul endoplasmic şi aparat Golgi; organite cu membrană dublă (nucleul, plastidele, mitocondriile); mici granule lipsite de membrană, libere în hialoplasmă sau ataşate de reticulul endoplasmic, numite ribozomi; numeroase structuri filamentoase, numite microtubuli; structuri veziculare cu membrană simplă: lizozomi, corpi paramurali (lomazomi şi plasmalemazomi), microcorpi (peroxizomi şi glioxizomi), sferozomi. Unele organite sunt vii şi totalitatea lor alcatuieşte partea vie a celulei, numita protoplast, iar altele sunt lipsite de viaţă, constituind paraplasma. În componenţa protoplastului intră: citoplasma, nucleul, plastidele, mitocondriile, ribozomii,reticulul endoplasmic, aparatul Golgi, sferozomii, lizozomii, microcorpii şi corpii paramurali. Paraplasma se compune din: peretele celular, vacuomul celular, incluziunile ergastice solide. Trăsături proprii celulei vegetale 1. Prezenţa peretelui celular, alcătuit în principal din celuloză, hemiceluloze şi substanţe pectice, la care se mai adaugă uneori proteine, lipide, lignină, tanin, săruri minerale, este o consecinţă a competiţiei pentru aer şi lumină a grupelor de plante ce au populat mediul terestru. 2. Alte structuri caracteristice, strâns legate de prezenţa peretelui celular, sunt punctuaţiile şi plasmodesmele, prin care se asigură unitatea structural-funcţională dintre celulele unui ţesut. 3. În structura şi compoziţia chimică a plasmalemei predomină galactozil-digliceridele; în celula animală predomină fosfatidilcolina şi fosfatidiletanolamina. 4. Creşterea în volum a celulelor vegetale se realizează prin creşterea treptată a dimensiunilor aparatului vacuolar (în celula definitivă vacuola poate ocupa până la 90% din volumul celular), în timp ce în celula animală acest proces are loc prin sporirea cantităţii de citoplasmă. 5. Prezența organitelor specifice celulei vegetale: plastide, vacuole, microcorpi 2 (peroxizomii intervin în procesele de fotorespiraţie, iar glioxizomii în conversia lipidelor în glucide simple). 6. În celulele vegetale găsim o foarte mare diversitate de substanţe de rezervă (amidon, inulină, aleuronă, uleiuri, laminarină), în timp ce în celula animală este specific glicogenul. 7. Celulele vegetale conţin adesea cristale de săruri organice (oxalatul de calciu) şi minerale (sulfatul de calciu), în timp ce prezenţa acestora în celulele animale reprezintă cazuri patologice. Notiuni sumare de Biochimie Proteinelesunt substanţe organice macromoleculare formate din lanţuri simple sau complexe de aminoacizi; ele sunt prezente în celulele tuturor organismelor vii în proporţie de peste 50% din greutatea uscată. Toate proteinele sunt polimeri ai aminoacizilor, în care secvenţa acestora este codificată de către o genă. Fiecare proteină are secvenţa ei unică de aminoacizi, determinată de secvenţa nucleotidică a genei. Biosinteza proteinelor este un proces prin care fiecare celulă îşi sintetizează proteinele proprii, prin intermediul unui proces care include multe etape, sinteza începând cu procesul de transcripţie şi terminând cu procesul de translaţie. Procesul deşi similar, este diferit în funcţie de de celulă: eucariotă sau procariotă. Rol Datorită compoziţiei, fiind formate exclusiv din aminoacizi se întâlnesc alături de alţi compuşi importanţi de tipul polizaharidelor, lipidelor şi acizilor nucleici începând cu structura virusurilor, a organismelor procariote, eucariote şi terminând cu omul. Practic nu se concepe viaţă fără proteine. Proteinele pot fi enzime care catalizează diferite reacţii biochimice în organism, altele pot juca un rol important în menţinerea integrităţii celulare (proteinele din peretele celular), în răspunsul imun şi autoimun al organismului Tipuri de proteine În funcţie de compoziţia lor chimică ele pot fi clasificate în: Holoproteine cu următoarele clase de proteine o Proteine globulare (sferoproteine) sunt de regulă substanţe solubile în apă sau în soluţii saline:protaminele, histonele, prolaminele, glutelinele, globulinele, albuminele. o Proteinele fibrilare (scleroproteinele) caracteristice regnului animal, cu rol de susţinere, protecţie şi rezistenţă mecanică:colagenul, cheratina şi elastina. Heteroproteinele sunt proteine complexe care sunt constituite din o parte proteică şi o parte prostetică; în funcţie de această grupare se pot clasifica astfel: o Glicoproteine o Lipoproteine o Nucleoproteine Lipidele 3  Sunt substanţele organice grase, insolubile în apă, dar solubile în majoritatea substanţelor organice, ce conţin grupa hidrocarbon. Majoritatea lipidelor sunt derivaţi ai acizilor carboxilici superiori. Acestea joacă un rol important în viaţa materiei vii. Din punctul de vedere al structurii și al complexității moleculei, putem observa trei categorii de lipide: 1. lipide simple: – sunt formate numai din carbon, hidrogen și oxigen; se împart în gliceride (cele mai răspândite în natură) și ceride. 2. lipide complexe: – pe lângă carbon, hidrogen și oxigen, ele mai conțin azot și/sau fostor ori azot sau sulf; se subdivid în glicerofosfolipide și sfingolipide. 3. lipide derivate: – cuprind produșii care rezultă prin hidroliza lipidelor simple și complexe și care prezintă proprietățiile de solubilitate ale lipidelor; acestea includ: vitaminele liposolubile, carotenoizii, alcoolii alifatici superiori, etc. Funcţii principale: energetică şi de rezervă (lipidele sunt mai energoeficiente ca proteinele, fiind păstrate în organism cel mai des în ţesutul adipos); structurală (sunt prezente în cadrul membranei celulare, constituind un fel de barieră pentru substanţele de dinafară). Zaharidele Cunoscute şi sub denumirea de glucide sunt substanţe organice, cu funcţiune mixtă ce au în compoziţia lor atât grupări carbonilice cât şi grupări hidroxilice. Glucidele constituie o clasă de substanţe foarte importantă atât pentru organismele animale cât şi pentru cele vegetale. Sub aspect biochimic şi fiziologic , glucidele constituie o materie primă pentru sinteza celorlalte substanţe:proteine, lipide, cetoacizi, acizi organici. De asemenea constituie substanţe de rezervă utilizate de către celule şi ţesuturi. Biosinteza lor se realizează prin fotosinteză. Cu excepţia unor derivati azotati, glucidele sunt substanţe ternare, formate din C, H, si O. Ele răspund formulei brute Cn(H2O)n sau (CH2O)n, din care cauza au primit si denumirea de hidrati de carbon. Glucidele se impart in doua clase: oze si ozide, dupa caracterul de a se hidroliza. o Ozele, sau monozaharidele, sau zaharurile simple, contin o singura unitate carbonilica (sunt deci nehidroxidabile). Dupa natura gruparii carbonil din molecula, se impart in aldoze si cetoze, iar dupa numarul atomilor de carbon se impart in trioze, pentoze, hexoze, heptoze, octoze. o Ozidele sunt glucide care pot fi hidrolizate sub actiunea enzimelor sau a acizilor diluati, cu formarea de monozaharide. Glucidele din clasa ozidelor se pot imparti in doua clase holozide si heterozide. o Holozidele rezulta din condensarea a doua sau mai multe monozaharide. După numărul moleculelor de monozaharide se pot clasifica in oligozaharide (oligozide) – care conţin 2-4 moleculede monozaharide identice sau diferite intre ele, legate covalent, si polizaharide – care contin un numar mare de unitati monozaharidice (de ordinul sutelor sau miilor), pe care le pot elibera prin hidroliza. o Heterozidele sunt formate din monozaharide si componente neglucidice numite aglicon. o Monozaharidele sunt substante cu funcţiuni mixte, ce conţin in molecula o grupare carbonil si mai multe grupari hidroxilice. 4  In functie de natura gruparii carbonilice – aldehidica (H – C = O) sau cetonica (> C = O), monozaharidele se impart in aldoze si cetoze. Monozaharidele se pot obtine in natura prin biosinteze, in timpul procesului de fotosinteza si prin chimiosinteza. 5  CURS 2 Citologie vegetală În celula vegetală vie, conţinutul de apă ajunge la 85-90%. Exista 5 forme de apă celulară: apa în exces, a cărei pierdere nu produce perturbări în celulă; apa metabolică, a cărei eliminare nu provoacă moartea celulei, dar perturbă metabolismul; apa vitală, a cărei pierdere produce moartea celulei (în general, o pierdere de 25-30% produce acest fenomen; unii muşchi rezistă la o deshidratare de până la 95%); apa reziduală, care se poate încă extrage după moartea celulei; apa legată (3-4% din apa celulară), care face parte din moleculele proteice şi nu poate fi extrasă. 1. Plasmalema Este o membrană biologică simplă, elementară, unitară, trilamelară, de natură lipoproteică, cu grosimea medie de 7,5 nm. La celulele vegetale este acoperită de peretele celular, în timp ce la cele animale asigură contactul cu mediul extern. Funcţii: barieră semipermeabilă ce permite selectarea schimburilor între celulă şi mediul extern, asigură recunoaşterea moleculelor informaţionale şi transmiterea mesajelor în interiorul celulelor, are rol esenţial în biogeneza peretelui celular. Pe baza datelor acumulate referitoare la compoziţia chimică şi proprietăţile fizice şi fiziologice ale plasmalemei, au fost elaborate mai multe modele ipotetice privind ultrastructura şi organizarea ei moleculară. Primele modele au fost elaborate de Danielli şi Harvey (1935), Davson şi Danielli (1943): potrivit acestor modele, plasmalema constă dintr-un strat bimolecular de fosfoaminolipide având grosimea de 2,5 nm, acoperit pe ambele feţe de câte un strat subţire de proteine, fiecare de câte 2,5nm. Fosfoaminolipidele sunt asociate prin grupări hidrofobe, neîncărcate electric, orientate faţă în faţă, iar grupările hidrofile, încărcate electric, sunt orientate spre straturile proteice. Faptul că aceeaşi structură tripartită s-a dovedit a fi prezentă şi în cazul membranelor de la nivelul RE, a dictiozomilor, mitocondriilor, plastidelor, nucleului ş.a., l-a condus pe Robertson în 1959 la elaborarea conceptului de “membrană unitară”. Singer si Nicolson, 1972 au elaborat un nou model de organizare moleculară a membranei plasmatice, pe care l-au numit “fluid mosaic model”. Conform acestui model, plasmalema este constituită dintr-o pătură dublă, continuă, de natură lipidică, în 1 care sunt înglobate, din loc in loc, macromolecule proteice, izolate. Proteinele membranare sunt numeroase şi variate, dar mereu globulare; unele sunt proteine periferice (extrinseci), altele sunt proteine integrate (intrinseci). Lipidele şi proteinele se deplasează unele faţă de altele în membrană sub efectul agitaţiei termice. Cercetările electronomicroscopice, corelate cu cele biochimice, au reliefat asimetrie în privinţa compoziţiei în lipide a membranei pe cele doua feţe. Se apreciază că, compoziţia în lipide variază cu unitatea taxonomică de referinţă şi cu tipul de membrană. În privinţa cantităţii se constată o scădere procentuală a lipidelor în raport cu proteinele în membranele energizante ale plastidelor şi mitocondriilor. Evidenţierea plasmalemei la microscopul fotonic se poate realiza prin procesul de plasmoliză; în prezenţa unei soluţii hipertonice, ca de exemplu soluţia de NaCl, celula pierde apa, hialoplasma se contractă, se depărtează de perete, antrenând astfel după ea plasmalema. Ea rămâne, totuşi, aderentă de perete în anumite puncte, de unde şi prezenţa unor prelungiri sau tractusuri fine (numite şi filamentele Hecht). Între funcţiile ale plasmalemei menţionăm pe cea de endocitoză, proces legat de absorbţia pe suprafaţa celulei a macromoleculelor dizolvate în apă – în cazul pinocitozei, sau a anumitor particule solide – în cazul fagocitozei; o porţiune de plasmalemă se invaginează, se umple cu picături de apă/particule solide, se desprinde de suprafaţa celulei, rezultând o pinocită (endocită) ce se detaşează şi acum se numeşte fagocită (liberă în hialoplasmă). Tot în hialoplasmă se află, între altele, şi lizozomi (rezultaţi din fragmentarea RE) ce conţin hidrolaze; dacă membrana lor se dizolvă, hidrolazele vor trece în hialoplasmă; dacă ei fuzionează cu fagozomii, rezultă citolizomi, în interiorul cărora hidrolazele vor asigura degradarea compuşilor veniţi din exterior şi acumulaţi în fagozomi. Substanțele utile pot fi absorbite de celula, resturile fiind eliminate la exterior prin procesul de exocitoză. 2. Hialopasma Este substanţa fundamentală a citoplasmei, numită şi citosol, care cuprinde: - o parte structurată, alcatuită din numeroase tipuri de proteine fibrilare şi globulare, unite prin microfilamente şi microtubuli; - un lichid conţinut în ochiurile reţelei fibrilare proteice, care cuprinde 70% apă şi 30% compuşi organici şi minerali. În hialoplasmă se află şi poliribozomi liberi – particule ribonucleoproteice implicate în proteinosinteză; proteinele rezultate alcătuiesc matrixul 2 citoplasmei, microtubulii, microfilamentele, membranele diferitelor organite. Hialoplasma este un sistem de substanţe macromoleculare în stare coloidală. Coloizii macromoleculari sunt de tip hidrofil: particulele dispersate au afinitate pentru apă şi pot fi mai mult sau mai puţin vâscoase (datorită frecării dintre ele sau datorită legăturilor ce persistă între ele). Aceşti coloizi hidrofili, cu macromolecule proteice filamentoase, realizează un fel de reţea tridimensională care include: apa liberă (mediul dispersant) şi macromolecule mici (mediu dispersat) între elementele citoscheletului (microtubuli, microfilamente), cum ar fi acizii aminici, nucleotide, glucoză, fosfolipide, ioni de K, Mg, Ca. Între macromolecule persistă forţe de coeziune intermacromoleculare, ce creează o reţea în ochiurile căreia se află apă liberă, mici molecule organice solubile, ioni. Hialoplasma are o anumită rigiditate (mai ales la periferie), care variază în cursul diviziunii celulare; sub influenţa diferiţilor factori ea poate suferi transformări reversibile de la starea de sol (cu particule mici, puţin îmbibate în solvent şi dispersate) la cea de gel (cu particule voluminoase, puternic îmbibate cu solvent, aderente între ele), precum şi de la starea de gel la cea de sol, fenomen numit tixotropie. Citoplasma vie se caracterizează prin mobilitate numită cicloză; aceasta este de două tipuri: cicloza de rotaţie, când celula are o vacuolă mare, centrală, citoplasma fiind parietală; are loc totdeauna în acelaşi sens, antrenând în mişcare organitele din ea; la diferite celule, sensul ciclozei este diferit; cicloza de circulaţie, când vacuola este traversată de cordoane citoplasmice; are loc în sensuri diferite de-a lungul trabeculelor. 3  CURS 3 Citologie vegetală Viteza de deplasare a citoplasmei variază foarte mult în aceeaşi celulă, fiind mai mare la celulele tinere. Cicloza este influenţată de diverşi factori (lumina, temperatura, variaţiile osmotice), care pot fi suspendaţi temporar prin acţiunea anestezicelor. Prin cicloză, deplasarea organitelor celulare favorizează schimburile de materie şi energie în interiorul celulei, transporturile de metaboliţi sau de produşi ai catabolismului, reînnoirea constituenţilor celulari. Compoziţia chimică a hialoplasmei: apă – 80%; compuşi organici – glucide, lipide, proteine: 75% din materia organică a celulei şi compuşi minerali, fie în stare de săruri disociate în ionii lor în apa hialoplasmei, fie legaţi chimic de molecule organice (ca de exemplu fosforul, în acidul fosforic al acizilor nucleici). Funcţiile hialoplasmei: sediul unui mare număr de reacţii ce constituie metabolismul intermediar; sediul a mii de enzime ce catalizează reacţii în urma cărora au loc biosinteze de acizi graşi, acizi aminici, nucleotide; suportul organitelor celulare, deplasarea acestora şi fluxul membranar determinând mişcarea de cicloză. 3. Reticulul endoplasmic (RE) A fost descoperit de K. Porter în 1945 la microscopul electronic. Este un sistem complex de cavităţi (sacule, cisterne, vezicule) sau canalicule fin ramificate şi anastomozate, aflate în citoplasmă. Toate aceste formaţiuni sunt delimitate de citosol prin membrane simple, lipoproteice cu grosime de 7,5 nm. Membranele RE au legături cu diferite organite: nucleu, ribozomi, dictiozomi, dar şi cu plasmalema, având rol în sinteza şi conducerea substanţelor proteice în compartimentele celulare. RE este mai dezvoltat în celulele diferenţiate decât în cele meristematice. Structura lamelară a RE granular (RE g). Elementele caracteristice acestui tip de RE sunt lamelele fine (cisterne, sacule sau cavităţi aplatizate) dispuse adesea într-un fel de foiţe paralele, ale căror membrane sunt tapisate cu ribozomi, granule sferice cu diametrul de 1 15 nm, lipsite de membrană şi care conţin 60% ARN şi 40% proteine; aceştia se fixează de membrană prin subunitatea lor mare. Dispoziţia şi numărul lamelelor variază în funcţie de tipul celular şi de impotanţa activităţii sale. Când REg este foarte bine dezvoltat, dispoziţia lamelelor este ordonată, paralelă. In celulele mai puţin active, lamelele sunt mai puţine la număr şi relativ dispersate în masa citoplasmei. La majoritatea celulelor, mici regiuni membranare ale REg sunt pe alocuri lipsite de ribozomi; ele stau la originea formării de mici vezicule de tranziţie, limitate de o membrană netedă. Acestea asigură transportul intracelular al constituenţilor membranari sau ai proteinelor din conţinutul saculelor spre alte destinaţii (plasmalemă, aparat Golgi, lizozomi). Asemenea regiuni netede ale REg şi veziculele de tranziţie constituie RE de tranziţie. REg este prezent în toate celulele nucleate, fiind deosebit de abundent în celulele specializate în sinteza şi secreţia de proteine şi glicoproteine. Structura tubulară a RE neted (REn). Acest tip de RE este format dintr-un labirint de tubuli sau canalicule fine, cu diametrul de 30-60 nm, ramificate şi anastomozate, ce este infiltrat în toată citoplasma. Faţa externă a membranelor sale este lipsită de ribozomi. REn are proprietatea de a stabili contacte strânse cu mitocondriile, peroxizomii şi depozitele de glicogen (în celulele animale). Funcţiile RE: - intervine în formarea anvelopei nucleare (există o legatură directă între spaţiul perinuclear şi cavitatea RE); - la nivelul REg se derulează principalele etape ale proteinosintezei; - REn asigură sinteza lipidelor; - RE are rol de colector, transportor şi distribuitor de diferite substanţe (venite din mediul extra- şi intracelular); - fiind în contact cu citoplasma vecină prin intermediul plasmodesmelor, RE intervine în transmiterea excitaţiilor; - RE, prin dilatările sale locale, participă la formarea vacuolelor; de asemenea, el poate sta la originea altor organite: mitocondrii, dictiozomi, proplastide. 2  4. Aparatul Golgi Cuprinde două tipuri de elemente: dictiozomii şi veziculele golgiene. Dictiozomii rezultă prin suprapunerea şi dispunerea în teancuri a saculelor sau a cisternelor aplatizate în număr de 4-6, uneori chiar până la 40. Sunt uşor curbaţi şi umflaţi la capete, fiind limitaţi de o membrană lipoproteică simplă. Membranele diverselor sacule poartă echipamente enzimatice. Sacula este unitatea de bază a dictiozomilor. Veziculele golgiene sunt limitate, de asemenea, de o membrană simplă, lipoproteică, de 7,5 nm. Sunt vezicule de secreţie sau granule de secreţie ce rezultă prin înmugurirea laterală a saculelor ce formează dictiozomi, de care apoi se detaşează. Aparatul Golgi (reprezintă o structură dinamică formată plecând de la REg; acesta din urmă, după ce s-a separat de ribozomii ce-i tapisau membrana, emite vezicule de tranziţie ce se vor asambla pentru a forma prima saculă a dictiozomului (sacula de la faţa cis). Ulterior se formează noi sacule ce împing progresiv pe primele formate spre cealaltă extremitate a teancului, acolo unde se afla faţa trans. Ultimele sacule de la această faţă devin vezicule golgiene (de secreţie). Funcţii: - intervine în formarea fragmoplastului şi a lamelei mediane a celulei în cursul citocinezei; - în celulele tinere, veziculele golgiene se grupează în lomazomi, localizaţi între plasmalemă şi perete (ulterior, poliholozidele lor se integrează în peretele celular); - veziculele golgiene stau la originea lizozomilor primari; - membrana veziculelor golgiene intervine în reînnoirea plasmalemei. - Compusii ce se acumuleaza in vezicule pot fi secretati de RE si numai transformati in aparatul Golgi sau pot fi secretati de aparatul Golgi; ex: la plantele parazite (Cuscuta) dictiozomii concentrează enzimele ce intervin în distrugerea peretelui celular și a 3 protoplasmei celulelor gazdă. - Intervin în elaborarea peretelui scheletic la celulele vegetale. - In procesul de gelificare a peretelui scheletic și în producerea de mucilagii la algele roșii și la Malvaceae, dictiozomii sunt foarte abundenți și produc vezicule golgiene ce se îndreaptă spre peretele scheletic, eliberând mucilagiile și gumele (poliholozide); aceste celule sfârșesc prin moarte, ca urmare a izolării lor prin mucilagiile abundente produse. 5. Lizozomii Au fost descoperiţi şi studiaţi din punct de vedere biochimic mai întâi în celulele animale; ulterior au fost descrişi şi în celulele vegetale, unde au răspândire foarte limitată. Sunt vezicule mici, de circa 150-300 nm în diametru, limitate de o membrană lipoproteică, de 7,5 nm, bogată în proteine glicozilate. Lizozomii conţin enzime digestive (hidrolaze acide), capabile să degradeze toate substanţele biologice. Alterarea membranei lizozomale conduce la eliberarea acestor hidrolaze în citoplasmă producând moartea celulei. Lizozomii sunt de două feluri: primari, care nu au început activitatea de digestie și secundari, formaţi prin fuziunea lizozomilor primari veziculele digestive. Funcţii: - sunt responsabili de digestia substanţelor de origine extracelulară (heteroliză) – fenomenul a fost descris la capitolul referitor la fagocitoză. - ei pot digera mici porţiuni din celulă, izolate în prealabil de restul citoplasmei printr-o membrană simplă (autoliză); în acest caz, fragmente din organitele celulare nefuncționale, care trebuie eliminate din celulă, sunt înconjurate de membrană; se formează astfel o veziculă de autofagie care fuzionează cu un lizozom primar, rezultând un autofagozom (citolizom) în care organitele înglobate sunt digerate. După moartea celulelor, membranele lizozomilor se distrug și enzimele se eliberează declanșând autolize locale. 4  6. Ribozomii (granulele Palade) Sunt particule ribonucleoproteice cu diametrul de 15-30 nm, implicate în sinteza proteinelor, prezente în număr mare în citoplasma tuturor celulelor procariote şi eucariote vegetale şi animale. La microscopul electronic ribozomii apar ca structuri mici, granulare, electronodense, nedelimitate de endomembrane. Sunt organite fără membrană. Numărul ribozomilor dintr-o celulă variază mult în funcţie de tipul de celulă, de specializarea ei funcţională, de vârstă, de momentul fiziologic considerat etc., acesta fiind mai mare (câteva milioane) în celulele implicate în sinteza unor produşi proteici. Ribozomii din celulele eucariote sunt localizaţi în citoplasmă, nucleu, plastide şi mitocondrii. Ribozomii citoplasmici pot fi liberi sau asociaţi cu membranele RE, cărora le conferă un aspect rugos (REg). În celulele meristematice, în care RE este slab dezvoltat, dominanţi sunt ribozomii liberi, în timp ce în celulele diferenţiate, marea majoritate a ribozomilor sunt asociaţi cu RE. Fenomenul poate fi considerat reversibil, deoarece se constată desprinderea ribozomilor odată cu îmbătrânirea celulelor. Frecvent, ribozomii se ordonează în grupe de câte 4-5, care constituie adevăratele unităţi funcţionale, cunoscute sub denumirea de polizomi (poliribozomi). Legătura dintre ribozomi în agregate este realizată de molecule de ARN m, purtătorul informaţiei genetice înscrisă în ADN. Polizomii liberi în citosol elaborează proteine destinate celulei, iar cei legaţi de membranele RE g sintetizează proteine ce vor fi excretate. Ribozomii sunt constituiţi din două subunităţi caracteristice, una mare şi alta mică, care prezintă un coeficient de sedimentare exprimat în unităţi Svedberg (S). La procariote există ribozomi de tip 70 S, subunitatea mare fiind de 50S, iar cea mică de 30 S. La eucariote există ribozomi de tip 80 S, subunitatea mare fiind de 60 S, iar cea mică de 40 S. În cloroplaste şi mitocondrii se află ribozomi de tip 70 S. 7. Microcorpii. Sferozomii. Corpii paramurali 5 Microcorpii sunt organite veziculiforme limitate de o membrană simplă, lipoproteică. Au conţinut enzimatic şi sunt de două categorii: - peroxizomi, ce conţin enzime oxidative (cum ar fi catalaza) ce descompun apa oxigenată (toxică pentru celulă) în apă și oxigen; sunt prezenți mai ales în țesuturile asimilatoare, implicate în procesul de fotosinteză. Se găsesc în apropierea cloroplastelor si sunt implicate in procesul de fotorespirație. Enzimele conținute în peroxizomi sunt sintetizate de ribozomii liberi din citoplasmă. - glioxizomi, ce conţin enzime ce intervin în transformarea lipidelor în glucide; sunt caracteristici pentru seminţele oleaginoase în timpul germinării acestora. Sferozomii sunt organite sferice, cu membrană simplă, lipoproteică şi în care se sintetizează ulei vegetal. Reprezintă dilataţii terminale sau periferice ale RE, fiind precursorii granulelor lipidice libere, lipsite de membrană din citosol. Corpii paramurali sunt organite veziculiforme sau tubuliforme cu membrană simplă, lipoproteică, prezente numai în celula vegetală. Dupa localizare pot fi: - lomazomi, localizaţi între plasmalemă şi peretele celular, având rol în sinteza şi depunerea substanţelor ce intră în structura peretelui celular şi plasmalemazomi, localizaţi sub plasmalemă, în pătura periferică a citosolului, cu rol în acumularea de polizaharide ce vor fi utilizate în formarea peretelui celular. 6  CURS 4 Citologie vegetală 8. Plastidele (plastidomul celular) Cloroplastele Majoritatea cromatoforilor au una sau mai multe granule proteice numite pirenoizi în jurul cărora sunt granule de amidon. Pirenoizii sunt corpusculi sferici, având 1-10 micrometri în diametru. La algele verzi şi la unele alge roşii, pirenoizii sunt intraplastidiali, iar la algele brune, extraplastidiali, fixaţi în afara cromatoforului cu ajutorul unui pedicel. Corpul central al pirenoidului este de natură lipoproteică şi se numeşte pirenozom. La unele alge verzi, pirenoizii mai conţin ADN şi clorofilă. La plantele superioare, cloroplastele sunt lenticulare, mari, vizibile la microscopul fotonic. Dimensiunile lor variază cu specia, organul analizat, tipul de ţesut vegetal (la frunze, cloroplastele din celulele ţesutului palisadic sunt de 2,5 ori mai mari decât cele din ţesutul lacunos). Ultrastructură. Cloroplastul este limitat de o anvelopă (membrană dublă), ce închide o stromă incoloră. Fiecare din cele două membrane simple are grosimea de 7,5 nm, între ele aflându-se un spaţiu clar de 10 nm. Membrana externă este netedă. Membrana internă emite invaginaţii, din care unele se prelungesc în lamele stromatice, dispuse paralel cu axa mare a organitului. Între lamelele stromatice (stromatilacoizi) se formează, pe alocuri, un anumit număr de saci mici, aplatizaţi, numiţi saculi granari (granatilacoizi) dispuşi în teancuri (de la 2 până la 60 într-un teanc); aceştia provin din dilatări ale lamelelor stromatice, care se etalează paralel cu aceste lamele şi de care se detasează. Ansamblul format de saculele granare şi porţiunile de lamele stromatice care le mărginesc constituie aşa-numitul granum. Tilacoizii granari cuprind: - unităţi pătratice de 15 nm, care apar pe cele două feţe ale membranei (tetramere de complexe cromoproteice ale fotosistemului II, cu rol în captarea fotonilor) şi care conţin aproximativ 300 de molecule de clorofile şi aproximativ 50 de molecule de pigmenţi carotenoizi, toate înglobate prin polul lor hidrofob în pătura lipidică a membranei tilacoidale (fotosintetizantă); aceste unităţi pătratice au fost asimilate cu unităţi funcţionale numite  cuantozomi; - unităţi mai mici (8 nm), tot transmembranare, cu rol esenţial în funcţionarea fotosistemului I; - unităţi intermediare (9 nm) pedicelate, situate exclusiv pe faţa stromatică a membranei tilacoidale, îndeosebi la extremităţile tilacoizilor (ele sunt factori de cuplaj clorofilieni, care servesc la sinteza de ATP, ca şi în mitocondrie). Fotosinteza are doua faze: faza de lumina (faza Hill) se desfasoara in grana cloroplastelor unde sunt localizați pigmentii asimilatori, capabili sa absoarba lumina. Aceasta faza constă dintr-un ansamblu de reacții în care energia luminoasă este transformată în energie chimică; faza de întuneric (faza Blackmann) are loc în stroma cloroplastelor și se finalizează cu formarea glucozei. Stroma este incoloră, având o structură asemănătoare cu cea a hialoplasmei. Este de natură proteică, conţinând picături lipidice şi câteva granule de amidon; acestea se formează la sfârşitul zilei, dar sunt hidrolizate în cursul nopţii și migrează în plantă. În stromă s-au evidenţiat şi plastoribozomi (de 70 Svedberg), ARN, ADN. Analiza chimică globală a cloroplastului evidenţiază: apă (50%), proteine (25%), lipide (15%), glucide, clorofilă (3%), carotenoizi (2% - caroten, licopen, xantofilă), ARN (2%), ADN (0,5%), elemente minerale ( Mg, Fe, Cu, Mn, Zn), nucleotide (îndeosebi ADP şi ATP), enzime (dehidrogenaza, fosforilaza, amilaze, izomeraze, enzime ale ciclului Krebs), coenzime acceptoare de hidrogen. Cromoplastele sunt plastide a căror stromă lipoproteică incoloră conţine pigmenţi carotenoizi solubili în lipide: xantofila (galbenă), carotenul (roşu–oranj) şi licopenul (roşu). Aceşti pigmenţi se prezintă sub formă de granule, picături, tubuli sau cristale (ace, tablete). Cromoplastele sunt responsabile de culoarea particulară a unor flori, rădăcini, fructe şi a frunzelor de toamnă. Indirect, ele asigură răspândirea unor fructe şi seminţe, precum şi polenizarea (atrăgând insectele sau păsările prin culorile pe care le dau). Prin hidroliză beta carotenul se transformă în vitamina A (pentru exemple vezi LP). Amiloplastele sunt plastide incolore care acumulează amidon; sunt abundente în parenchimurile amilifere, din organele plantei ce au rol în depozitarea substanțelor de rezervă (radăcini sau tulpini subterane, metamorfozate, maduva tulpinii de la plantele lemnoase, endospermul secundar/albumenul din seminte, etc) unde amidonul constituie un produs de  rezervă. Stroma amiloplastelor are un aspect fin-granular şi se reduce teptat pe măsura biosintezei şi depunerii de amidon. Se formează una sau mai multe granule de amidon, punctul de plecare în constituirea granulului numindu-se hil. Striurile de creștere se formează pe măsuă ce în jurul hilului se depun pături succesive de amiloză și amilopectină; sunt ambele componente ale amidonului. Amiloza (20-30%) este o polizaharidă liniară, insolubilă, care este alcătuită din D- glucoză. Amilopectina (70-80%) este o polizaharidă ramificată, formată tot din D glucoză, solubilă în apă. Amidonul este degradat de enzime numite amilaze. Amidonul se colorează specific cu soluția Lugol (iod în iodură de potasiu, un colorant metacromatic) în culoarea albastru violet. Originea plastidelor. Provin din proplastide sau prin bipartiţia plastidelor preexistente. Zigotul are plastide provenite de la gametul femel, existând o ereditate plastidială: uniparentală (maternă, rar paternă, ca la conifere) şi excepţional biparentală (ca la muşcată). Interconversiunile plastidiale. În zigot şi în celulele meristematice ale cormofitelor sunt numai proplastide; acestea devin amiloplaste în rădăcini şi tulpini subterane (metamorfozate); devin cloroplaste în primordiile foliare; devin cromoplaste în petalele unor flori. Plastidele se pot transforma dintr-un tip în altul, dupa cum urmează: - în timpul maturării fructelor sau în timpul îngălbenirii frunzelor, cloroplastele se transformă în cromoplaste. După unii autori, cromoplastele nu ar proveni din degenerarea cloroplastelor deoarece plastidele verzi senescente nu sunt altceva decât gerontoplaste. Cromoplaste adevărate sunt numai plastidele care conţin carotenoide şi nu conţin clorofilă; ele sunt plastide nefotosintetizante, dar capabile să biosintetizeze carotenoide. De asemenea, îngălbenirea frunzelor nu s-ar datora apariţiei carotenoidelor, ci dezorganizării tilacoidelor şi apariţiei unui număr mare de plastoglobuli; - înverzirea tuberculului de cartof expus la lumină este produsă de transformarea amiloplastelor în cloroplaste; - înverzirea rădăcinii tuberizate de morcov expusă la lumină este determinată de transformarea carotenoplastelor în cloroplaste; - la întuneric are loc un fenomen de etiolare a organelor verzi, datorită regresiei cloroplastelor şi a amiloplastelor până la stadiul de proplastide.  9. Mitocondriile (condriomul celular) Sunt organite prezente în celulele plantelor şi animalelor oxibionte, cu excepţia procariotelor şi a hematiilor adulte. La nivelul lor sunt localizate principalele procese respiratorii. La microscopul fotonic apar ca mici granule, bastonaşe de 0,5 micrometri în diametru şi de 0,5-1,5 micrometri lungime, uneori filamente flexuoase lungi de 20-30 micrometri, provenite prin bipartiţia sau înmugurirea mitocondriilor preexistente. Numărul lor variază de la câteva sute la câteva mii / celulă. În citologia vegetală, pentru evidenţierea mitocondriilor se utilizează reactivi speciali: verde Janus B, care le colorează în verde; hematoxilina ferică, care le colorează în negru; fucsina, care le conferă culoare roşu-purpuriu (după fixare cu aldehidă formică, bicromat de potasiu sau tetraoxid de osmiu). La microscopul electronic, mitocondriile, indiferent de formă se prezintă sub forma unor complexe structurale delimitate de o anvelopă, ce închide un spaţiu numit stromă (matrice, matrix). Anvelopa (membrana dublă), groasă de 25 nm, este formată din două membrane simple de câte 7,5 nm, separate de un spaţiu intermembranar, clar, de 10 nm. Membrana externă este netedă, permeabilă pentru aproape toate moleculele mici şi conţine proteine, fosfolipide şi fosfoaminolipide. Membrana internă se invaginează în stromă, formând criste mitocondriale sau tubuli dispuşi mai mult sau mai puţin perpendicular pe suprafaţa organitului; numărul cristelor mitocondriale creşte o dată cu vârsta şi specializarea celulelor. Această membrană conţine 80% proteine şi 20% lipide; ea este impermeabilă pentru toate moleculele şi necesită obligatoriu participarea transportorilor activi. Membranele mitocondriei sunt asimetrice, adică proteinele de pe cele două feţe sunt diferite ca structură şi funcţie. Feţele interne ale cristelor mitocondriale sunt tapisate de sfere de 9 nm în diametru (susţinute de câte un pedicel), numite oxizomi sau particule elementare. Fiecare particulă elementară este formată din ansamblul proteinelor responsabile de sinteza ATP; acest complex enzimatic este cunoscut şi sub numele de ATP-ază. Stroma sau matrixul este un gel care conţine 50% proteine (mitoribozomi, ADN mitocondrial – liniar sau dublu helicoidal). Analiza chimică globală a mitocondriilor cuprinde: apă (66%), proteine (22%), lipide (11%), nucleotide (ADP şi ATP), coenzime acceptoare de hidrogen, ioni minerali (potasiu, calciu, sodiu, mangan, fier), ADN, ARN. Funcţiile mitocondriilor sunt variate: - membrana externă are transportori de electroni; - spaţiul intermembranar are doar enzime care realizează reacţia ATP +AMP( 2 ADP; - membrana internă îndeplineşte funcţii legate de transportul de electroni ai lanţului respirator, precum şi la nivelul sferelor feţei sale interne, în formarea de ADP; în plus, ea are numeroşi transportori transmembranari ce controlează foarte exact intrările şi ieşirile compuşilor stromei; - în stromă se derulează lanţurile reacţiilor de dehidrogenare, producătoare de energie (ciclul Krebs). La nivelul mitocondriilor sunt degradate substanţele şi rezultă ATP; această sinteză conferă mitocondriei un rol de centrală energetică. Este motivul pentru care mitocondriile sunt localizate în apropierea structurilor celulare consumatoare de energie (de exemplu, în celulele anexe, responsabile de furnizarea energiei necesare circulaţiei sevei elaborate în tuburile ciuruite ale plantei).  CURS 6-7 Citologie vegetală 10. Nucleul Este organitul descoperit pentru prima dată de Brown în 1831 în celulele petalelor de orhidee. Ulterior a fost semnalat şi în celula animală. În 1838, Schleiden generalizează prezenţa nucleului în toate celulele vegetale. Rolul nucleului în procesele de înmulţire, diferenţiere, sinteza proteinelor citoplasmice i-a determinat pe citologi şi biochimişti să-i acorde o atenţie prioritară în cercetările lor. Morfologia nucleului interfazic. Nucleul eucariotelor este o achiziţie a evoluţiei; la procariote (virusuri, bacterii, cianobacterii) întâlnim un nucleoid (substanţă nucleară, îndeosebi ARN şi ADN, fără existenţa unei anvelope nucleare). Număr: la eucariote, fiecare celulă are în general un singur nucleu; filamentele dicariotice ale unor basidiomicete au câte doi nuclei; unele alge verzi (Caulerpa, Cladophora) au mai mulţi nuclei. Deosebim astfel: plasmodii, în cazul cariocinezelor neurmate de citocineze şi sinciţii, ce rezultă în urma lizei pereţilor despărţitori. Există şi celule anucleate: articulele tuburilor ciuruite, la care nucleul, devenit inutil în cursul difereţierii celulare, a dispărut. În cazul elementelor moarte la maturitate (vasele de xilem, elementele de sclerenchim, celulele de suber) nucleul a degenerat şi a dispărut o dată cu tot ce era viu în celulă. Forma variază în funcţie de vârstă, forma şi funcţia celulei. În celulele tinere este sferic, iar în cele diferenţiate este eliptic. Forme particulare: semilunară (celulele stomatice ale frunzei de Tradescantia); fusiformă (parenchimul medular din tulpina de la Tilia); filamentoasă (celulele epidermice ale frunzei de Aloe). Poziţia în celulă poate fi: centrală (în celulele meristematice); parietală (în celulele diferenţiate); parietală, dar numai lângă peretele extern (celulele epidermice de la frunza de Aloe); subterminală (în perii absorbanţi radiculari). Mărimea variază de la 0,5-3 micrometri la unele ciuperci şi alge, până la 1000 de micrometri în cazul zigotului de Cycas revoluta; în medie, dimensiunile sunt cuprinse între 5 şi 15 micrometri. Ultrastructură. Nucleul prezintă patru componente: - anvelopa (membrana dublă); - unul sau câţiva nucleoli sferici sau ovoizi; - nucleoplasma, substanţa 1  fundamentală optic omogenă ; - cromatina, substanţă cu aspect variabil, dispersată în nucleoplasmă. Anvelopa nucleară cuprinde două membrane simple (fiecare având grosimea de 7,5 nm), separate de un spaţiu perinuclear clar, gros de 10-100 nm. Anvelopa prezintă pori nucleari, ce ocupă până la 25% din suprafaţa ei, reprezentând deschideri prin care se pun în contact direct hialoplasma şi nucleoplasma. Porii au în acelaşi timp o structură granulară şi fibrilară, prezentând: - un inel cu 8 particule sau granule sferice (cu diametrul de 20 nm) dispuse pe fiecare faţă a porului; - o granulă centrală (gradientul porului) cu diametrul de 25 nm, situată în centrul porului, fiind de natură ribonucleoproteică; - o “diafragmă”, substanţa amorfă de jur împrejurul porului, înclinată spre centrul deschiderii; - un material fibrilar de cromatină, cu diametrul de 5 nm, care reuneşte granulele (externe, interne şi centrale) între ele. Prin intermediul membranei externe, spaţiul perinuclear este în contact direct cu cavităţile RE (unii autori consideră că membrana nucleară este o porţiune specializată a RE). Nucleolul. După specie, nucleul interfazic poate conţine unul sau mai mulţi nucleoli; nucleolul dispare în cursul mitozei. La microscopul electronic se observă că nucleolul nu are membrană proprie şi cuprinde fibrile şi granule de ARN ce alcătuiesc nucleolonema. Zona fibrilară, centrală, reprezintă partea activă a nucleolului, cuprinde numeroase filamente de ADN şi mii de fibrile de ARN aflate în curs de sinteză. Zona granulară, periferică, reprezintă locul de stocare a preribozomilor. În timpul formării unui nou nucleu (la sfârşitul mitozei), nucleolii apar întotdeauna în locuri precise, în contact cu o constricţie secundară a cromozomilor de tip special, numiţi cromozomi organizatori de nucleoli. Rolul nucleolului este de a sintetiza ribozomii. Cele două subunităţi ale ribozomului se formează în nucleol, migrează separat prin porii anvelopei nucleare în citosol, unde apoi se recombină. Cromatina este un se prezintă sub forma unui colier de nucleozomi, formaţi fiecare din 4 histone (H2A, H2B, H3, H4) în câte două exemplare, înşirate pe o moleculă de ADN. Întregul edificiu (colier) este stabilizat de histona H1 şi ionii de calciu. În timpul diviziunii celulare, cromatina suferă condensări, spiralizări suplimentare, care conduc la forma completă pe care o prezintă cromozomul. Cromatina apare sub formă dispersată (eucromatina sau cromatina activă) 2  sau sub formă condensată (heterocromatina sau cromatina inactivă din punct de vedere genetic). Cromozomii au fost observaţi de W. Hoffmeister (1840) în celulele de la Zebrina pendula, iar denumirea a fost dată de W. Waldeyer (1888), datorită proprietăţilor lor de a se colora intens cu coloranţii bazici (hematoxilină, safranină, albastru de toluidină, reactiv Schiff). Investigaţiile electronomicroscopice au arătat următoarele aspecte: - cromozomii tuturor organismelor eucariote au aceeasi compoziţie fizico-chimică; - cromozomii îşi conservă proprietăţile structurale şi funcţionale de-a lungul generaţiilor celulare; - cromozomii sunt structuri genetice dinamice, caracterizate prin autoreplicare, transcrierea informaţiei genetice; - cromozomii îşi păstrează individualitatea şi sunt carcteristici ca morfologie şi număr pentru fiecare specie, fiind un criteriu de idenificare taxonomică. În timpul mitozei, cromatina devine mai colorabilă şi se organizeaza în cromozomi - filamente arcuate, cu o zonă de ştrangulare necolorabilă, numita centromer (constricţie primară). Inserţia centromerului poate fi: - terminală (cromozom acrocentric, adesea cu satelit); - submediană (cromozom submetacentric); - mediană (cromozom metacentric). Uneori cromozomul are şi o constricţie secundară, ce poartă satelit. Numărul cromozomilor este par şi constant la toate celulele somatice, 2n (diploide); la celulele reproducatoare (spori, gameţi) nucleul este n (haploid); rareori apar nuclei poliploizi (4n, 8n…). Din punct de vedere ultrastructural, cromozomul este un nucleofilment foarte lung de ADN; la începutul profazei cromozomul are două filamente mai mult sau mai puţin spiralate, numite cromatide, pe care se disting granulaţii de cromatină, foarte colorabile, numite cromomere. Cariotip = prezentarea ordonata a cromozomilor unei celule diploide, pe perechi si pe grupe alcătuite după mărime, forma si alte trasaturi reprezentative; Cariotiparea (alcătuirea cariotipului) respecta următoarele reguli: cromozomii sunt așezați in ordinea descrescătoare a mărimii; cromozomii omologi formează perechi; perechile sunt grupate după morfologie. 3  Idiograma este reprezentare grafică a morfologiei individuale a cromozomilor unui individ. Mitoza (diviziunea ecvaţională) Are loc la formarea celulelor somatice (diploide); plecând de la o celulă diploidă (2n) se ajunge la două celule-fiice, tot diploide. Cariocineza (mitoza în sens restrâns) cuprinde: interfaza, profaza, metafaza, anafaza, telofaza, toate alcătuind ciclul celular, care durează 20-24 ore, uneori chiar câteva zile. Interfaza, prima etapă a ciclului celular, este etapa în care se dublează numărul constituenţilor nucleari, mai ales ADN; cuprinde trei perioade : G1 (perioada presintetică), când fiecare filament cromatic are o moleculă de ADN combinat cu histone; are loc sinteza de ARNm; cromozomii sunt monocromatidici; S (perioada sintetică), când continuă sinteza de ARNm; se dublează cantitatea de ADN; cromozomii sunt bicromatidici; G2 (perioada postsintetică), cand continuă sinteza de ARNm; are loc sinteza proteinelor cu rol contractil, necesare formării viitorului fus de diviziune. Profaza: - se individualizează, prin spiralizare şi prin scurtare, cromozomii clivaţi în cele două cromatide unite încă prin centromeri; - începe formarea fusului de diviziune; - dispare nucleolul; - membrana nucleară se fragmentează şi dispare; - citoplasma şi nucleoplasma se amestecă, rezultând mixoplasma, în care sunt dispersaţi cromozomii. Metafaza: - se încheie formarea fusului acromatic de diviziune; - cromozomii bicromatidici clivaţi se dispun în planul ecuatorial al celulei, unde se inseră prin centromer de filamentele fusului de diviziune (singurul nedivizat); - braţele cromozomilor sunt orientate spre polii celulei; - se formează astfel placa celulară. Anafaza: - are loc disocierea (separarea) cromatidelor, începând de la centromer (care s-a divizat), astfel încât acum fiecare cromatidă este autonomă, individualizată, cu valoare de cromozom; - cromozomii fii (cromatidele) migrează sincron spre polii fusului de diviziune, cu centromerul spre poli şi braţele spre vechea placă ecuatorială; - cromozomii ating polii fusului, formând două grupe simetrice compacte, cu braţele tasate unele lângă altele; - rol motor în migrarea cromozomilor îl are centromerul, dar ei se mişcă datorită scurtării filamentelor fusoriale 4  cromozomice. Telofaza: - se formează cei doi nuclei fii, tot cu număr dublu de cromozomi, dar aceştia din urmă sunt monocromatidici; - cromozomii se despiralizează, rezultând o nouă reţea cromatică; - ia naştere nucleolul, lângă o zonă specială heterocromatică, numită nucleolară, a unor cromozomi cu satelit, organizatori de nucleol; - se formeză membrana nucleară, din fragmente ale membranei iniţiale, care au fost antrenate spre cei doi poli ai fusului de diviziune şi pe seama RE. Citocineza începe la sfârşitul anafazei sau la începutul telofazei. La cormofite, mici vezicule golgiene, bogate în glucide, protide şi lipide, se dispun la ecuatorul fusului de diviziune, cresc, confluează (exceptând locurile ce corespund punctuaţiilor primare, pe unde trec plasmodesmele) şi astfel se organizează fragmoplastul sau placa celulară. Meioza (diviziunea reducţională) Fecundaţia şi meioza apar ca două mecanisme compensatoare: fecundaţia dublează numărul de cromozomi, iar meioza îi reduce la jumătate. La covârşitoarea majoritate a plantelor, meioza precede formarea sporilor. Meioza cuprinde două diviziuni succesive: mitoza reducţională sau heterotipică (dintr-un nucleu 2n se formează doi nuclei n) şi mitoza ecvaţională sau homeotipică (din cei doi nuclei n se formează patru nuclei n). Aşadar, meioza are loc la formarea celulelor de reproducere. Mitoza reducţională Profaza I durează câteva zile şi cuprinde mai multe subfaze: - leptoten: cromozomii sunt filamente lungi, foarte fine, sinuoase; deşi s-au format cele două cromatide, nu este vizibil clivajul; - zigoten: cromozomii sunt tot filamente lungi, dar împerecheate; cromozomii omologi, paterni şi materni, se apropie şi se unesc doi câte doi, fenomen numit sinapsă, ce conduce la formarea de bivalenţi; - pachiten: cromozomii perechi sunt mai scurţi şi devin mai groşi prin spiralizare unul în jurul altuia; clivajul apare vizibil la extremităţi; - diploten: clivajul este vizibil, cromozomii din fiecare bivalent tind să se separe, dar cromatidele rămân ataşate în mai multe porţiuni numite chiasme; 5  - diacineza: se accentuează spiralizarea, cromozomii devenind foarte scurţi şi groşi; cromozomii omologi din fiecare bivalent se separă şi la nivelul chiasmelor are loc fenomenul de crossing-over (schimb de gene); acum dispar nucleolul şi membrana nucleară, începe să se formeze fusul de diviziune. Metafaza I: - se termină de format fusul de diviziune; - perechile de cromozomi (bivalenţii) se dispun în planul ecuatorial al celulei, cu centromerii de o parte şi de alta a planului ecuatorial. Anafaza I: - disocierea anafazică separă cromozomi întregi (clivaţi în cele două cromatide) şi nu cromatide ca în mitoza ecvaţională; - rezultă două loturi de cromozomi bicromatidici care migrează spre poli. Telofaza I: - cromozomii bicromatidici s-au regrupat la cei doi poli ai fusului de diviziune; - se formează nucleolul şi anvelopa nucleară. Uneori se formează peretele dintre cele două celule-fiice, deci are loc citocineza. Nu se mai observă interfaza, deci nu are loc replicarea ADN. Mitoza ecvaţională Profaza II: - este scurtă; Metafaza II: cromozomii se inseră cu centromerul la ecuatorul fusului de diviziune (cele două fuse se dispun perpendicular pe fusul primei mitoze). Anafaza II: disocierea anafazică separă cromatide, care migrează spre cei doi poli. Telofaza II: - are loc regruparea cromozomilor monocromatidici la polii fusului de diviziune; - se formează pereţi între celule, rezultând o tetradă de spori, mai rar gameţi; - împreună, cele două telofaze reconstiuie patru nuclei haploizi; - se formează nucleolul şi anvelopa nuleară; - cantitatea totală de ADN / nucleu este egală cu jumătate din cea a unui nucleu somatic la sfârşitul mitozei. 11. Peretele celular Marea majoritate a celulelor vegetale sunt acoperite la exterior de un înveliş solid numit perete celular, care separă celulele între ele, le protejează întreg conţinutul şi le conferă o anumită formă stabilă. Aceste celule sunt cunoscute şi sub numele de dermatoplaste, prin contrast cu celulele animale, numite nude si gimnoplaste. 6  Peretele celular a fost prima componentă structurală observată la microscopul fotonic de către Robert Hooke, în 1665. Peretele celular este un produs al protoplastului şi rămâne permanent în contact cu citoplasma, prin intermediul plasmalemei. Formarea sa începe la sfârşitul telofazei când se constituie un nou perete intercelular în fragmoplast. În zona ecuatorială a fragmoplastului apar numeroase formaţiuni granulare mici, ce conţin pectine şi care nu sunt altceva decât vezicule ale aparatului Golgi. Numărul şi mărimea acestora cresc treptat, se apropie şi fuzionează într-o placă celulară (viitoarea lamelă mediană), care creşte centrifugal. În cursul apropierii şi fuzionării veziculelor golgiene, membranele lor produc plasmalemele celor două celule vecine. Între vezicule se află profile de RE, ce formează plasmodesmele, care trec prin punctuaţiile ce rămân în lamela mediană. Ulterior se formează pereţii primari ai celulelor vecine. Peretele celulelor meristematice şi parenchimatice rămâne primar, celulozo- pectic tot timpul vieţii acestora. În schimb, peretele celulelor ţesuturilor mecanice, conducătoare şi protectoare se îngroaşă prin depuneri de material nou peste peretele primar, alcătuind peretele secundar. Spre deosebire de peretele primar, care creşte mai mult în suprafaţă, peretele secundar creşte numai în grosime. Compoziţia chimică a peretelui celular este foarte variată, în funcţie de grupa taxonomică. Pereţii celulelor conţin 4 grupe de substanţe: glucide, lipide, proteine şi substanţe minerale. De regulă, predomină glucidele, găsindu-se în special sub formă de polizaharide, cea mai frecventă fiind celuloza. Alături de celuloză, în mod constant se găsesc hemiceluloze şi substanţe pectice. Celuloza este un polimer liniar, neramificat, alcătuit din 5000-35000 molecule de D-glucoza. Prin tehnica curentă de dublă colorare a preparatelor microscopice (verde iod şi carmin alaunat/rosu ruteniu), coloraţia roz a peretelui celular nu este specifică numai celulozei, ci şi hemicelulozei şi substanţelor pectice. Biodegradarea celulozei se realizează prin hidroliză catalizată de celulaze. Relativ puţine organisme sintetizează celulază şi, deci, pot utiliza direct această biomasă disponibilă. Plantele verzi, care produc cea mai mare cantitate de celuloză, nu au activitate celulolitică deosebită, fiind practic incapabile să catabolizeze acest compus. Dintre animale, rumegătoarele, realizând o digestie simbiotică, reuşesc să catabolizeze celuloza; activitatea de celuloliză este restrânsă practic la 7  microorganisme: bacterii si ciuperci. Pectinele constituie cea mai mare parte din lamela mediană, care menţine împreună celulele unui ţesut. Locul de sinteză al pectinelor îl reprezintă aparatul Golgi. Se colorează specific în roz cu roşu ruteniu. Plantele dispun de pectinaze care hidrolizează pectinele. Remanierea acestor polizaharide reprezintă un proces natural frecvent, fie în cursul creşterii, fie la sfârşitul maturării celulei. Hemicelulozele sunt macromolecule cu un grad mai scăzut de polimerizare, comparativ cu celuloza. Spre deosebire de celuloză, hemiceluloza poate fi utilizată de plantă ca substanţă de rezervă, deoarece conţine o enzimă, hemicelulaza, care o poate hidroliza până la glucide simple. Ultrastructura peretelui celular. In peretele primar fibrilele celulozice prezintă o dispoziţie paralelă pe faţa externă a peretelui şi aproape perpendiculară pe cea internă, în raport cu axul longitudinal al celulei. Peretele secundar conţine mai multă celuloză, iar în plus are şi substanţe de încrustaţie: cutina, suberina, ceara, lignina, mucilagii, săruri. Este heterogen, fiecare din cele trei straturi ale sale (S1, S2, S3) având structură proprie, situaţie vizibilă îndeosebi la vasele de lemn şi fibrele de sclerenchim. Stratul S1 (extern) este gros de 0,12 – 0,35 micrometri, este format din 4-6 lamele de microfibrile celulozice, având structură aparent reticulată. Stratul S2 (mijlociu) ese cel mai gros; are 30-150 de lamele foarte apropiate, iar microfibrilele de celuloză au dispoziţie helicoidală, deci textura este paralelă, dar diferă direcţia de înfăşurare în diferite lamele. Stratul S3 (intern) este gros de 0,07-0,08 micrometri; are doar 2-3 lamele de microfibrile celulozice, iar direcţia lor de înfăşurare în lamele alternează, deci textura este reticulată. Peretele primar extensibil şi, deci, permite alungirea organelor; peretele secundar nu este extensibil și se formează atunci cand celulele, deci şi organele, au încetat să mai crească. Modificările chimice secundare ale peretelui celular pot fi clasificate astfel: 1. apoziţii lipidice: cutinizare, cerificare, suberificare; 2. încrustaţii cu polifenoli: lignificare; 3. încrustaţii cu săruri minerale: mineralizare (silicificare, calcificare); 8  4. modificări cu rol degenarativ: gelificare şi lichefiere. Cutinizarea şi cerificarea constau în impregnarea şi acoperirea pereţilor externi ai celulelor epidermice cu substanţe de natură lipidică, numite cutina şi ceara. În general, celulele situate la suprafaţa organelor aeriene au pereţii acoperiţi de o cuticulă, în care se disting ceruri şi un polimer insolubil numit cutină. Cuticula are un rol foarte important în echilibrul hidric al plantei, reducând evaporarea apei în atmosferă; apariţia sa în cursul evoluţiei a fost esenţială pentru dezvoltarea plantelor în mediul aerian. În caz de uscăciune, stomatele se închid şi atunci transpiraţia cuticulară devine determinantă pentru adaptarea la viaţa în mediul uscat. Cuticula intervine, de asemenea, în reglarea umidităţii de la suprafaţa organelor, eliminarea substanţelor volatile, apărarea împotriva factorilor externi (vânt, poluanţi, paraziţi). Ceara şi cutina constituie complexul cuticular. Cuticula se colorează cu diferiţi reactivi (roşu Sudan III). Grosimea sa variază în funcţie de condiţiile ecologice în care creşte planta: astfel, plantele submerse au o cuticulă foarte subţire (uneori chiar poate lipsi), în timp ce xerofitele au cuticula foarte groasă; la frunzele de măslin, laur, afin ea poate atinge 10-20 de micrometri. Cerurile se află incluse fie în ochiurile polimerului de cutină (ceruri intracuticulare), fie se prezintă sub forma unor proiecţii superficiale de forme variate – plăci, tubuli, bastonaşe, panglici – reprezentând aproximativ 90% din ceara totală (ceruri epicuticulare). În ceea ce priveşte biodegradarea cutinei: în natură, aceasta este reciclată de microflora solului; unele ciuperci saprofite pot fi cultivate pe substrat de cutină ca unică sursă carbonată. Mamiferele posedă lipaze care degadează acest polimer. Suberificarea constă în impregnarea pereţilor celulozici cu suberină (de natură lipidică). Procesul de suberificare priveşte organe relativ în vârstă, adesea cu structură secundară; rareori, suberificarea reprezintă un răspuns la răniri, rezultând un suber de cicatrizare. În celulele de suber încrustarea de lipide are loc centripetal, afectând toţi pereţii celulari, făcându-i impermeabili pentru lichide şi gaze, împiedicând schimburile dintre celule şi mediul extern, conducând la moartea acestora. De aceea funcţiile de izolare şi protecţie caracteristice suberului se realizează numai de către pereţi, atunci când celulele mor. Lignificarea constă în impregnarea pereţilor celulozici cu lignină, compus de natură polifenolică, care înconjoară microfibrilele de celuloză, umplând spaţiile dintre 9  ele, mărind duritatea, rezistenţa mecanică şi chimică a peretelui, micşorându-i flexibilitatea. Poate fi totală (în sclerenchimul târziu) sau parţială (în xilemul timpuriu). Este un proces ireversibil, propriu cormofitelor, îndeosebi vaselor de lemn şi elementelor de sclerenchim. Între biopolimerii elaboraţi pe suprafaţa globului, ligninele ocupă locul al doilea după celuloză, împreună reprezentând 60-80% din biomasa terestră. Celulele care-şi lignifică pereţii celulari sunt decelabile la microscopul fotonic prin utilizarea unor coloranţi specifici; caracteristice pentru lignificare sunt reacţiile cu sulfat de anilină şi acid sulfuric, care conferă ligninei o culoare galben aurie (deci nuanţează culoarea naturală a ligninei, care este cea galbenă), precum şi cea cu fluoroglucină şi acid clorhidric, care o colorează în roşu. Lignina este foarte greu biodegradabilă; numai anumite bacterii şi câteva ciuperci (Polyporus) sunt capabile să producă peroxidaze şi în prezenţa apei oxigenate să producă o lignoliză completă. Mineralizarea este procesul de impregnare a pereţilor celulari cu diferite săruri minerale şi organice, ceea ce le conferă rigiditate, soliditate şi rezistenţă. Substanţele încrustante sunt reprezentate mai cu seamă de carbonat de calciu şi dioxid de siliciu. Calcificarea - la plantele superioare, calcificarea pereţilor este localizată: în frunza de la Ficus există structuri numite cistoliţi, în care un repliu intern din perete funcţionează ca loc de acumulare calcaroasă pe un schelet celulozic. Dizolvarea carbonatului de calciu se poate realiza, pe o secţiune transversală prin frunză, cu ajutorul unei picaturi de acid acetic. Silicificarea poate fi întâlnită la algele unicelulare din grupa diatomeelor, peretele acestora fiind constituit din două valve silicificate, inextensibile, foarte fin ornamentate. Tulpinile si frunzele poaceelor au pereţii celulelor epidermice mineralizaţi,cu o cantitate apreciabilă de dioxid de siliciu (la poacee, din această cauză marginile frunzelor devin tăioase). Un exemplu de silicificare și calcificare în același timp este părul tector și secretor de la Urtica dioica (urzica vie); perii urticanţi au formă de butelie cu gât alungit şi cu baza înfiptă în soclul format din celule mici, epidermice şi hipodermice. Cantitatea cea mai mare de citoplasmă şi nucleul se află în partea bazală, lăţită a părului, iar partea alungită este ocupată de o vacuolă mare, care acumulează toxine. Peretele părului este îngroşat îndeosebi în regiunea gâtului alungit şi este acoperit de cuticulă. În regiunea capului şi în cea a gâtului el este puternic încrustat 10  cu dioxid de siliciu, ceea ce determină duritatea şi fragilitatea acestei părţi a părului. Peretele din partea inferioară liberă a părului conţine carbonat de calciu. La atingerea părului, umflătura din vârful celulei urticante se rupe și părul străpunge pielea, provocând urticarea. Toxinele perilor sunt sintetizate chiar de celula urticantă şi se acumulează în vacuola ei, de aceea perii urticanţi pot fi priviţi ca structuri cu secreţie internă. Gelificarea este procesul prin care compuşii pectici se îmbibă cu apă, se hidrolizează, transformându-se într-o masa gelatinoasă. Lichefierea poate urma gelificării şi constă în dizolvarea şi dispariţia peretelui celular. Ambele sunt procese de degradare controlată a peretelui celular (autoliză), frecvent întâlnite la celulele ţesuturilor. Punctuaţiile. Se edifică încă din telofază, o dată cu formarea plăcii celulare discontinue, traversată pe alocuri de profile de RE şi de filamente ale fusului de diviziune, prefigurându-se punctuaţiile (prin care trec plasmodesmele): manşoane cilindrice limitate de plasmalema celor două celule alăturate); la nivelul punctuaţiilor nu se depun ulterior substanţe celulozo-pectice în pereţii primar, şi mai ales, secundar. Pot fi: simple – canalicule simple sau ramificate (circulare sau eliptice în secţiune transversală) la nivelul peretelui secundar, fiind formate din cavitate, deschidere, fundul punctuaţiei; sunt prezente între celulele de parenchim, mecanice, protectoare; areolate: peretele secundar se depărtează de cel primar în dreptul punctuaţiei (formată din cavitate, deschidere şi fundul punctuaţiei, cu torus la gimnosperme şi fără torus la angiosperme); sunt prezente între vasele de lemn; semiareolate – între un vas de lemn şi o celulă de parenchim. Punctuațiile areolate cu torus, care se găsesc in traheidele (vase conducătoare) de la gimonosperme, au un rol important în viața plantei; pe perioada iernii, torusul de deplasează și obturează deschiderea punctuației, blocând astfel trecerea sevei brute. 12. Incluziunile celulare Vacuolele provin fie din dilatările locale ale membranelor RE, fie din diviziunea celor preexistente. Sunt incluziuni “inerte” apoase, prezente în citoplasmă; ele sunt limitate de tonoplast. Pot fi colorate natural atunci când conţin antociani sau flavone, ori artificial cu coloranţi selectivi de tipul roşului neutru şi albastrului de 11  crezil. În celulele tinere (meristematice) din apexurile radicular şi caulinar vacuolele sunt foarte mici; pe măsură ce procesul de diferenţiere avansează, vacuolele confluează, ajungând ca în celula adultă să existe o singură vacuolă foarte mare, care ocupă circa 90% din volumul celular. Conţinutul vacuolar este o soluţie de compoziţie complexă, a cărei natură chimică şi concentraţie sunt foarte variabile în funcţie de specie, tip celular şi stare fiziologică. Compuşii încorporaţi în vacuole pot fi grupaţi în două categorii: 1. compuşi intermediari ai metabolismului celular: acizii carboxilici (tartric, malic, ascorbic, malonic, oxalic – acesta fiind foarte toxic şi inhibitor de enzime, neutralizarea și precipitarea sa în vacuolă fiind un procedeu de eliminare şi detoxificare) răspunzători de pH-ul conţinutului vacuolar; glucide (zaharoză la trestia de zahar şi sfeclă; inulină îndeosebi la asteracee); acizi aminici şi proteine (care sunt transferaţi în vacuole dupa sinteză de către poliribozomii citoplasmici). 2. compuşi finali ai metabolismului celular: pigmenţii flavonoizi (exclusiv vegetali, semnale atractive esenţiale pentru polenizatori); taninurile (conferă astringenţă fructelor; oferă protecţie organelor vegetale contra agenţilor patogeni); alcaloizii (cu proprietăţi farmacodinamice foarte variate; sunt toxici pentru animale, plantele care le conțin fiind protejate față de animalele ierbivore – de exemplu la tisă – Taxus baccata). Aparatul vacuolar al celulelor din embrion şi acela din celulele albumenului are un comportament particular. În ovulele care se transformă în seminţe, celulele au vacuole mari, hidratate; în cursul maturării seminţelor, vacuolele se deshidratează şi se fragmentează, în acelaşi timp acumulâdu-se o mare cantitate de proteine. La sfârşitul evoluţiei lor, vacuolele vor conţine proteina precipitată (ne referim la granulele de aleurona , care pot fi simple sau compuse, în ultimul caz proteina fiind organizată sub forma unui cristaloid însoţit de o parte neproteică numită globoid). Funcţiile vacuolei: - constituie pentru celulă principala sa rezervă de apă, compus indispensabil multiplelor reacţii de biosinteză: - acumulează substanţe de rezervă sau deşeuri toxice; - contribuie la creşterea celulară; - exercită presiune asupra peretelui celular extensibil şi elastic, care se întinde 12  (starea de turgescenţă celulară, care implică şi fenomene osmotice). Cristalele minerale provin din săruri ale acizilor minerali, depuse în vacuolă: clorura de sodiu (la plantele de sărătură), diferite ioduri (la algele brune marine Fucus, Laminaria). Cristalele organice sunt de oxalat de calciu: acidul oxalic este toxic pentru plantă şi depozitat în vacuolă; el devine inofensiv prin neutralizarea cu calciu; oxalatul de calciu poate fi sub formă de nisip (ca la solanacee) sau agregat în cristale simple şi macle (ca la usturoi, ceapă, trifoi), cristale aciculare sau pachete de cristale aciculare numite rafide (ca la viţa-de-vie, ficus) sau ursini (ca la rosacee, betulacee, fagacee). 13