Organismi vegetali e fotosintesi PDF - Biologia - Kiwinote

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Kiwinote Provalo gratis Note IA Instantanee Organismi Vegetali e Fotosintesi Feb 18, 2025 Biologia Vegetale Organismi Vegetali e Fotosintesi Gli organismi vegetali sono fondamentali per la vita sulla Terra, poiché la maggior parte degli esseri viventi dipende direttamente o indirettamente da essi. Viridiplantae: Questo gruppo di organismi eucariotici include: Alghe verdi Piante terrestri (embriofite) evolute dalle alghe. Le piante hanno una parete cellulare composta da cellulosa e organuli chiamati plastidi, che contengono clorofilla a e b, ma sono privi di ficobilisomi. Nomi alternativi per questo gruppo includono: chlorobionta, plantae sensu lato, chloroplastida. La fotosintesi è un processo chiave che permette alle piante di produrre materia organica autonomamente, riducendo l'anidride carbonica nell'atmosfera. Le piante sono essenziali per la produzione di alimenti, energia e medicinali. Differenze Tra Cellula Procariotica ed Eucariotica Cellula Eucariotica: Presenta membrane interne e organuli specializzati. Il DNA è organizzato in cromosomi all'interno di un nucleo. Cellula Procariotica: È più semplice e priva di organuli. Il DNA è in forma di anello nel nucleoide e presenta plasmidi.  Ha membrane che possono intercettare la luce per la fotosintesi. Cianobatteri I cianobatteri, noti anche come alghe blu-verdi, sono organismi unicellulari o coloniali che effettuano fotosintesi ossigenica, liberando ossigeno come prodotto di scarto. Questi organismi sono responsabili della prima grande ossidazione dell'atmosfera terrestre. Sono in grado di fissare l'azoto atmosferico, trasformandolo in ammoniaca, fondamentale per la sintesi di molecole organiche. Struttura dei Cianobatteri  Guaina mucillaginosa  Parete cellulare  Membrane interne con pigmenti fotosintetici  Lamellosomi o mesosomi per la respirazione Le colonie di cianobatteri possono presentare specializzazioni cellulari, come gli ormogoni (segmenti di tricoma) e gli acineti (cellule quiescenti resistenti a condizioni avverse). Inclusioni Cellulari e Strutture di Protezione I cianobatteri possono contenere vacuoli per galleggiare e riserve di poliglucano, cianoficina e volutina. La loro parete cellulare è composta da peptidoglicano, e la colorazione può variare in base ai pigmenti fotosintetici presenti. Riduzione dell'Azoto (Fissazione) La fissazione dell'azoto è il processo di riduzione del N2 atmosferico a NH3, essenziale per la vita. Metodo Haber-Bosch: Un processo industriale per la fissazione dell'azoto, sviluppato nel 1910, che richiede alte temperature e pressioni. Fissazione biologica: Alcuni batteri, tra cui i cianobatteri, possono fissare l'azoto a temperatura e pressione normali, utilizzando l'enzima nitrogenasi. Importanza Evolutiva ed Ecologica dei Cianobatteri I cianobatteri sono apparsi circa 4,5 miliardi di anni fa e hanno formato stromatoliti, rocce calcaree stratificate. Molti organismi vegetali vivono in simbiosi con i cianobatteri, tra cui felci e licheni, beneficiando della produzione di amminoacidi. Teoria Endosimbiontica La teoria suggerisce che i cloroplasti delle cellule vegetali derivano da cianobatteri inglobati. Le cellule vegetali presentano una compartimentazione precisa e sono più grandi delle cellule animali, grazie alla presenza di un vacuolo che occupa gran parte della cellula. Membrane Cellulari e Struttura della Cellula Vegetale Le cellule vegetali hanno una membrana plasmatica e membrane interne per organuli come mitocondri e plastidi. Il modello a mosaico fluido descrive la struttura dinamica delle membrane, che include lipidi, proteine e carboidrati. Le proteine di membrana possono essere intrinseche (trasportatori, canali, pompe) o estrinseche (facilmente staccabili). Sistema di Endomembrane Comprende il reticolo endoplasmatico, l'apparato di Golgi e i vacuoli, e gioca un ruolo cruciale nel metabolismo cellulare. Il citosol è disperso in un volume ampio, facilitando il trasporto di materiali grazie al citoscheletro. Questi concetti forniscono una base solida per comprendere la biologia delle piante e i loro processi vitali. Sistema Di Endomembrane Reticolo Endoplasmatico e Apparato Di Golgi Reticolo Endoplasmatico RE: Fondamentale per la formazione delle molecole del  metabolismo cellulare. Reticolo Corticale: Situato sotto la membrana cellulare, si connette con il reticolo tubulare interno. Reticolo Tubulare Interno: Composto da cisterne e tubuli, collega il reticolo corticale con il citoscheletro. RE Ruvido e Liscio: Il RE ruvido è dotato di ribosomi e coinvolto nella sintesi proteica, mentre il liscio non ha ribosomi. Funzioni del Reticolo Endoplasmatico: Le proteine vengono glicolizzate e assemblate, con la formazione di ponti disolfuro tra cisteina e metionina. Le proteine devono essere indirizzate a destinazioni specifiche tramite sequenze segnale. Apparato di Golgi: Nella cellula animale, è in continuum con la doppia membrana nucleare, mentre nella cellula vegetale è presente in molte copie indipendenti. È coinvolto nella formazione della parete cellulare e nel traffico di vescicole. Le vescicole si staccano dal RE ruvido e vengono indirizzate al Golgi tramite marcatori sulla loro superficie. Flusso di Vescicole: Due ipotesi sul flusso di vescicole:  Flusso tra le cisterne del Golgi.  Cisterne che maturano e si spostano verso l'esterno. Le vescicole possono dirigersi verso vacuoli digestivi o la membrana cellulare. Trasporto Delle Proteine Trasporto Diretto: In alcuni casi, le macromolecole vengono trasportate direttamente senza vescicole, richiedendo sequenze segnale specifiche. Le proteine subiscono modifiche sia nel RE ruvido che nell'organulo di arrivo. Mitocondri Struttura: Dotati di doppia membrana e matrice interna, contengono DNA e ribosomi propri, suggerendo un'origine batterica. Funzioni: Produzione di ATP, fondamentale per tessuti in divisione cellulare. Si riproducono per scissione, ma la divisione del patrimonio genetico può non essere equa. Perossisomi Struttura: Delimitati da doppio strato lipidico, contengono enzimi per la degradazione del perossido di idrogeno e acidi grassi. Funzioni: Eliminano specie di ossigeno pericolose e sono presenti in tessuti che accumulano sostanze di riserva. Citoscheletro Componenti: Microtubuli: Strutture cave composte da tubulina, coinvolte nel trasporto cellulare. Microfilamenti: Formati da actina, forniscono supporto strutturale. Filamenti Intermedi: Stabili e duraturi, contribuiscono alla struttura nucleare. Funzioni: Definiscono la polarità cellulare e facilitano la comunicazione e il trasporto all'interno della cellula. Plastidi Tipi di Plastidi: Cloroplasti: Responsabili della fotosintesi, contengono tilacoidi. Leucoplasti: Accumulano sostanze di riserva come amido e lipidi. Cromoplasti: Contengono pigmenti e sono coinvolti nella colorazione dei tessuti. Caratteristiche:  Presentano due membrane e DNA extra nucleare (plastoma). I plastidi derivano da proplastidi e possono differenziarsi in base alla funzione. Rubisco e Funzioni Enzimatiche Rubisco: Complesso enzimatico che lega CO2 a uno scheletro carbonioso, fondamentale per la fotosintesi. Struttura: Composto da catene pesanti (codificate dal plastoma) e leggere (codificate dal nucleo). Plastidi Di Riserva Amiloplasti: Accumulano amido, presenti in tuberi e bulbi. Cromoplasti: Colorati e coinvolti nell'attrazione di impollinatori e nella segnalazione della maturità dei semi. Cloroplasti Struttura: Presentano tilacoidi organizzati in grana e una matrice ricca di enzimi. Funzioni: Svolgono un metabolismo intenso e sono coinvolti nella fotosintesi. Cloroplasti nelle Alghe: Variano in forma e organizzazione, con tilacoidi che possono avere configurazioni specifiche. Cloroplasti Nelle Piante Superiori Struttura e Funzione dei Cloroplasti Mutanti e Pirenoidi: Esistono mutanti che possono essere privi di pirenoidi, ma continuano a formare depositi di amido. Al contrario, ci sono mutanti con pirenoidi che non producono amido. Caratteristiche dei Cloroplasti: I cloroplasti delle alghe verdi e delle piante superiori sono simili, presentando una forma schiacciata e piccola, simile a monete. Ogni cellula contiene numerosi cloroplasti che si muovono in risposta alle correnti citoplasmatiche.  La loro struttura può variare: in condizioni di scarsa illuminazione, i tilacoidi sono ben sviluppati, mentre in condizioni di massima esposizione solare, si osservano depositi di amido significativi. Pigmenti dei Cloroplasti Clorofilla A: Sempre presente in grandi quantità, maschera altri pigmenti. La sua struttura consente la stabilizzazione della molecola. Clorofilla B: Associata alla clorofilla A, ha uno spettro di assorbimento diverso. Carotenoidi: Inclusi beta-carotene, che produce vitamina A, e xantofille, che assorbono luce e proteggono dai danni. Analoghe Strutturali: I cloroplasti presentano somiglianze con le cellule retiniche degli occhi, con vescicole impilate contenenti molecole retiniche derivate dalla vitamina A. Attività Metaboliche dei Plastidi Metabolismo Vegetale: La maggior parte delle attività metaboliche avviene nei plastidi dei cloroplasti, con alti livelli di ATP e potere riducente. Attività nel Cloroplasto: Sintesi di acidi grassi Riduzione e assimilazione del nitrito e del solfato Biosintesi di aminoacidi e pigmenti fotosintetici Sintesi dell'amido primario Partecipazione alle reazioni della fotosintesi Enzimi e Strutture: Lo stroma contiene DNA, ribosomi e enzimi, tra cui RUBISCO, fondamentale per la fissazione del CO2. I tilacoidi, che sono evaginazioni della membrana interna, ospitano i fotosistemi e gli enzimi per la rottura dell'acqua. La Parete Cellulare Caratteristiche Generali  Composizione: La parete cellulare è rigida e poco elastica, presente anche in funghi e batteri, ma con composizioni diverse. Le cellule animali non hanno parete cellulare, solo membrana. Funzione: Conferisce forma alla cellula e funge da barriera per le sostanze in entrata e uscita. Può persistere anche dopo la morte della cellula. Vantaggi e Svantaggi della Parete Cellulare Vantaggi: Protegge la cellula e mantiene la sua forma. Svantaggi: Limita il movimento autonomo e la fagocitosi. La divisione cellulare richiede la costruzione di una nuova parete. Protoplasto: Una cellula priva di parete, sensibile e capace di rigenerarla rapidamente. Formazione della Parete Cellulare Processo di Formazione: La parete si forma nei meristemi, tessuti giovani in crescita. Le cellule meristematiche si dividono e costruiscono la propria parete cellulare. Divisione Cellulare: Nelle cellule vegetali, il fragmoplasto guida la formazione del setto divisorio, a differenza delle cellule animali. Si formano vescicole dal Golgi che coalescono per formare la piastra cellulare, separando le cellule figlie. Composizione della Parete Cellulare Componenti della Parete Parete Primaria: Costituita da cellulosa, pectine, emicellulose e glicoproteine, con una matrice ricca di acqua. Polisaccaridi di Parete:  Glicani: Composti polimerici formati da carboidrati semplici. Glucano: Polimero del glucosio (es. cellulosa). Xilano e Galattano: Polimeri di xilosio e galattosio. Ruolo delle Proteine Strutturali Funzioni: Controllano la crescita e il differenziamento della parete. Difendono dalle invasioni di patogeni e rispondono a stress ambientali. Interagiscono con il citoscheletro per la trasmissione di segnali. Struttura della Cellulosa Macrofibrille: Formate da aggregati di macromolecole di cellulosa, con legami idrogeno che conferiscono robustezza. Costruzione della Cellulosa: Avviene a livello della membrana cellulare tramite complessi enzimatici, con un flusso di glucosio che forma catene di cellulosa. "La disposizione dei gruppi ossidrili rispetto alla catena va a generare diversi carboidrati." Produzione Di Macromolecole Di Cellulosa Formazione Della Cellulosa Produzione di Cellulosa: Le cellule producono macromolecole di cellulosa che collegano il citoplasma con l'esterno della cellula. Questo processo coinvolge il flusso di molecole di glucosio che vengono polimerizzate all'interno di un enzima, formando una catena che viene poi espulsa nell'ambiente extracellulare. Microfibrille: Man mano che le macromolecole di cellulosa escono, si avvicinano ad altre macromolecole, formando microfibrille. Le rosette di cellulosa non sono isolate, ma si trovano vicine l'una all'altra, contribuendo alla formazione di macrofibrille. Movimento delle Rosette: Le rosette si muovono grazie all'interazione con il citoscheletro, che si trova sotto la membrana plasmatica. Questo movimento determina la direzione di crescita delle macrofibrille di cellulosa. Disposizione delle MacroFibrille: L'attività di deposizione delle macrofibrille può essere  discontinua, portando a una disposizione casuale nella parete primaria, mentre la parete secondaria presenta una tessitura ordinata. Composizione Della Matrice Matrice: Gli spazi tra le fibrille di cellulosa sono occupati da emicellulose, sostanze pectiche e glicoproteine. Le emicellulose formano una rete tridimensionale che lega le macrofibrille di cellulosa. Formazione Della Parete Primaria: La cellula meristematica costruisce la parete primaria quando è di dimensioni ridotte. Con l'aumento delle dimensioni cellulari, la parete primaria si deposita continuamente, mantenendo il suo spessore. Solo dopo che la cellula ha raggiunto le dimensioni definitive inizia a depositare la parete secondaria. Parete Secondaria Caratteristiche Della Parete Secondaria Formazione: La parete secondaria si forma centripetamente rispetto alla parete primaria, con lamelle sovrapposte in strati concentrici. Questa struttura determina le caratteristiche meccaniche della cellula. Composizione: Materiale Fibrillare: Composta principalmente da cellulosa 95% del peso), con fibrille impacchettate e orientate in modo diverso a seconda degli strati. Matrice: Molto scarsa rispetto alla parete primaria. Funzioni: La composizione della parete secondaria varia in base alle funzioni cellulari, come: Supporto: Cellulosa rinforzata dalla lignina per una parete secondaria spessa. Isolamento: Suberina per isolare i tessuti interni. Conservazione dell'Acqua: Cutina per foglie idrorepellenti. Deposizione Delle Componenti Molecolari La parete secondaria ha tre meccanismi di deposizione:  Incrostazione: Lignificazione: La lignina, un materiale complesso e resistente, si accumula e  rinforza la parete secondaria. Pigmentazione: Sostanze come tannini e polifenoli impregnano la parete, conferendo resistenza. Mineralizzazione: Deposizione di minerali come carbonato di calcio.  Apposizione: Cutinizzazione: La cuticola, uno strato impermeabile, si forma sull'epidermide. Cerificazione: Le cere formano un deposito repellente sulla superficie. Suberificazione: Deposizione di suberina, rendendo la parete impermeabile.  Gelificazione: La cellula può produrre enzimi per depolimerizzare le sostanze precedentemente polimerizzate, formando mucillagini. Simplasto E Apoplasto Connessione Tra Cellule Simplasto: Rappresenta la continuità citoplasmatica tra le cellule, grazie ai plasmodesmi che permettono il flusso di sostanze. Apoplasto: Comprende gli spazi esterni alle membrane cellulari. La connessione tra cellule diventa evidente quando il lume cellulare si riduce. Vacuolo Vegetativo Funzioni Del Vacuolo Struttura: Il vacuolo vegetativo è delimitato dal tonoplasto e può accumulare acqua e soluti, occupando gran parte della cellula. Funzioni: Accumulo di Ioni e Metaboliti: Confinamento di prodotti di riserva e potenziali composti di difesa. Detossificazione: Rimozione di sostanze tossiche dal citoplasma. Contenuto: Il succo vacuolare ha un pH acido 55,5) e contiene ioni come H, Ca++, e Na+. La sua acidità può intrappolare molecole cariche. Deposito Di Sostanze Di Protezione Sostanze Accumulate Nel Vacuolo Alcaloidi: Composti reattivi e farmacologicamente attivi, come caffeina e nicotina, che fungono da difesa. Glucosidi: Sostanze cardiocinetiche accumulate come autodifesa. Tannini: Molecole astringenti che inibiscono enzimi e proteggono dai patogeni, rendendo i frutti immaturi immangiabili. Funzioni dei Tannini: Inibizione di enzimi patogeni. Protezione dei frutti immaturi. Effetti antibatterici e antifungini. Queste sostanze sono cruciali per la difesa delle piante contro predatori e patogeni, contribuendo alla loro sopravvivenza e adattamento. Glicoproteine Della Saliva e Proprietà Antibatteriche Effetti Delle Glicoproteine Glicoproteine: La saliva contiene glicoproteine come la mucina, la quale, in caso di precipitazione, riduce le proprietà lubrificanti della saliva. Frutti Immaturi: I frutti immaturi sono immangiabili poiché la pianta deve disperdere i semi al suo interno. Proprietà Antibatteriche e Antifungine Somministrazione: Le glicoproteine possono essere somministrate sia per via topica che orale, mostrando effetti antibatterici e antifungini. Via Orale: Utili per trattare diarrea e emorragie vaginali e intestinali. Via Topica: Hanno un effetto vasocostrittore e sono utilizzate per curare alcune forme di dermatite. Tannini e Vini Rossi Interazione con Composti: I tannini si legano a composti contenenti azoto, come proteine e alcaloidi, conferendo la qualità astringente ai vini rossi. Questi tannini possono derivare dalla maturazione su legno o dall'aggiunta artificiale. Turgore Cellulare e Vacuolo Turgore Cellulare Definizione: Il turgore cellulare è l'equilibrio tra il vacuolo, la parete cellulare e la membrana cellulare, essenziale per la crescita e la forma degli organi vegetali. Importanza: È cruciale per il sostegno delle piante giovani che non hanno strutture di sostegno. Meccanismi di Turgore Membrana Citoplasmatica: Ha una permeabilità selettiva che regola il passaggio delle molecole, influenzando il turgore. Esempi di Turgore: Include fenomeni come l'appassimento, l'apertura dei boccioli e la chiusura delle foglie delle piante carnivore. Pressione Osmotica Definizione: La pressione osmotica è la pressione idrostatica che si oppone all'ingresso di nuove molecole di solvente, dipendente dal numero di molecole presenti. Formula: La formula per calcolare la pressione osmotica è: [ \pi = nRT ] Sistema di Membrane: In un sistema con due camere separate da una membrana semipermeabile, l'ingresso di solvente è influenzato dalla pressione osmotica. Differenze Tra Cellule Animali e Vegetali Risposta a Diverse Condizioni Osmotiche Ambiente Ipotonico: Cellula Animale: Rischia di esplodere (lisi) a causa dell'eccesso di acqua. Cellula Vegetale: Raggiunge il turgore massimo senza esplodere.  Ambiente Isotonico: La concentrazione di soluti è uguale all'interno e all'esterno della cellula. Ambiente Ipertonico: Cellula Animale: Perde acqua e si raggrinzisce. Cellula Vegetale: Subisce plasmolisi, con la membrana che si stacca dalla parete cellulare. Potenziale Idrico e Turgore Definizione di Potenziale Idrico Movimento dell'Acqua: Il potenziale idrico descrive il movimento dell'acqua tra due punti in un sistema, influenzato dalla differenza di potenziale idrico Δψ. Formula: [ \psi_{idrico} = \psi_{osmotica} + \psi_{parete} + \psi_{matriciale} ] Fattori che Influenzano il Potenziale Idrico  Concentrazione di Soluti: Maggiore è la concentrazione di soluti nel vacuolo, più negativo è il potenziale idrico.  Proprietà Meccaniche della Parete: La pressione di turgore conferisce un potenziale positivo all'acqua nella cellula. Distensione Della Parete Primaria Fenomeni di Crescita Processo di Crescita: Include il cambiamento del potenziale idrico e la deformazione della parete primaria. Deformazione: Elastica: Ritorno alla lunghezza originale dopo la rimozione del peso. Plastica: Deformazione strutturale permanente. Ipotesi della Crescita Acida Ruolo degli Ormoni: L'ormone vegetale auxina stimola la crescita cellulare e la  distensione della parete. Germinazione e Fototropismo Processo di Germinazione Seme di Avena: Quando il seme assorbe acqua, si sviluppano radichette e coleottile, mostrando fototropismo positivo. Esperimenti di Fototropismo Esperimenti di Darwin: Dimostrarono che la parte apicale del coleottile è sensibile alla luce e controlla la curvatura. Acido Indolacetico IAA: Identificato come fitormone responsabile dell'allungamento delle cellule vegetali. Istologia Vegetale Classificazione dei Tessuti Vegetali Tessuti Meristematici: Cellule in attiva proliferazione, responsabili della crescita primaria e secondaria. Tessuti Adulto: Cellule differenziate che non si dividono, con funzioni specifiche. Funzioni Dei Tessuti  Tessuti Tegumentali: Rivestono gli organi della pianta e proteggono dall'ambiente esterno.  Tessuti Parenchimatici: Funzione di riserva e fotosintesi.  Tessuti Meccanici: Forniscono supporto strutturale.  Tessuti Conduttori: Trasportano acqua e nutrienti.  Tessuti Secretori: Producono sostanze chimiche utili. Tessuti Tegumentali Epidermide: Rivestimento esterno delle piante, protegge e regola gli scambi gassosi.  Peli Radicali: Aumentano la superficie di assorbimento nelle radici. Meccanismo di Apertura/Chiusura degli Stomi Funzione degli Stomi: Regolano gli scambi gassosi e la perdita d'acqua, influenzati dal turgore cellulare. Paradosso Dei Pori Esperimento: Dimostra che una superficie forata può perdere meno acqua rispetto a una superficie libera, evidenziando l'importanza degli stomi nella regolazione della perdita d'acqua. Stomi Nell'Epidermide Funzione e Meccanismo degli Stomi Stomi: Aperture nell'epidermide delle piante che permettono lo scambio di gas e la perdita di acqua. Paradosso della Perdita d'Acqua: Una superficie forata (con stomi) perde meno acqua rispetto a una superficie completamente libera. Questo è dimostrato attraverso un esperimento con due bacinelle, dove quella con fori perde meno acqua per unità di superficie rispetto a quella senza fori. "Una superficie con un numero adeguato di stomi riesce a perdere una quantità di acqua quasi pari a quella di una superficie libera." Tipi di Stomi  Mnium: Composto da due cellule reniformi che creano una rima stomatica centrale. Le cellule di guardia si allontanano grazie a variazioni di turgore.  Amaryllis o Helleborus: Comune nelle angiosperme, con cellule di guardia a forma di rene. La variazione di turgore provoca una rotazione che apre la rima.  Poaceae e Cyperaceae: Presentano cellule di guardia a forma di manubrio.  L'apertura e chiusura degli stomi è influenzata da turgore che interessa solo le estremità delle cellule. Apertura e Chiusura degli Stomi Apertura: Avviene con l'assorbimento di ioni, in particolare K, che porta all'inturgidimento delle cellule di guardia. Chiusura: Si verifica quando gli ioni escono dalle cellule di guardia, causando il movimento dell'acqua verso le cellule sussidiarie. Stimoli Ambientali e Risposta degli Stomi Gli stomi si aprono in risposta alla luce e si chiudono al buio. La luce attiva pompe protoniche che regolano il movimento degli ioni. In condizioni di stress idrico, l'acido abscissico ABA) induce la chiusura degli stomi per risparmiare acqua. Stomi e Ambiente Adattamenti Ambientali Ambienti Aridi: Stomi parzialmente immersi o disposti in modo xeromorfico per ridurre la traspirazione. Ambienti Umidi: Stomi estroflessi per massimizzare la traspirazione quando l'aria è satura. Sughero e Tessuti Protettivi Sughero Di origine secondaria, riveste fusti e radici. Composto da cellule morte con pareti ispessite e suberificate.  Funzione di protezione contro sostanze dannose. Esoderma Tessuto di protezione primario sotto la rizodermide. Monostratificato e suberificato, controlla l'assorbimento di acqua. Endodermide Tessuto interno che separa la zona corticale dai tessuti di conduzione. Presenta la banda del Caspary, una barriera per il passaggio di acqua e soluti. Parenchimi e Tessuti Parenchimatici Tipi di Parenchimi  Parenchima Midollare: Funzione di riempimento e riserva.  Clorenchima: Parenchima di assimilazione, ricco di cloroplasti, fondamentale per la fotosintesi.  Parenchimi di Riserva: Contengono granuli di amido e olii grassi, presenti in organi di riserva.  Idrenchima: Presente in tessuti succulenti, con grandi vacuoli per trattenere acqua.  Aerenchima: Tessuti aeriferi con spazi intercellulari, facilitano il passaggio dell'aria.  Parenchima di Trasfusione: Facilita il flusso di soluti tra cellule vicine.  Parenchima Conduttore: Presente nel legno, accumula acqua e sostanze di riserva. Tessuti Meccanici e Funzione di Sostegno Collenchima Tessuto vivo di sostegno, caratterizzato da pareti ispessite in modo irregolare. Tre tipi: angolare, circolare e lamellare. Sclerenchima Tessuto meccanico, composto da cellule morte con pareti ispessite e lignificate. Due tipi: sclereidi (funzione di protezione) e fibre (irrobustimento). Tessuti di Trasporto Xilema e Floema Xilema: Trasporta acqua e sali minerali, con pareti ispessite da lignina. Floema: Trasporta sostanze organiche, con pareti sottili per la leggera pressione positiva. Evoluzione dei Tessuti Vascolari Le piante vascolari (tracheofite) presentano tessuti specializzati per il trasporto. La formazione di tessuti vascolari ha permesso l'evoluzione delle piante superiori, facilitando la colonizzazione di ambienti terrestri. Punteggiatura e Funzione delle Tracheidi Struttura e Funzione delle Tracheidi Punteggiatura: Le tracheidi presentano punteggiature ancorate da fibrille, che rimangono in posizione anche quando la membrana cellulare si dissolve. Questo meccanismo è fondamentale per la stabilità della cellula. Valvola di Sicurezza Toro: La membrana delle tracheidi può muoversi lateralmente in risposta a differenze di pressione, bloccando il passaggio tra tracheidi diverse. Questo è un adattamento per prevenire la formazione di embolie, che possono interrompere il flusso d'acqua. Le tracheidi, con diametri limitati, sono essenziali per il trasporto dell'acqua, ma per migliorare l'efficienza, sono state sviluppate le trachee, costituite da cellule più grandi impilate. Formazione delle Trachee Processo di Formazione: Le cellule delle trachee si ingrandiscono radialmente senza allungarsi, e dopo aver raggiunto dimensioni definitive, degenerano, depositando pareti secondarie. Tipi di Perforazioni: Le trachee possono presentare perforazioni scalariformi, reticolate o complete, a seconda della loro struttura. "Le trachee sono elementi costitutivi dei fasci conduttori, tipiche di angiosperme." Tipi di Ispessimenti delle Pareti Le trachee si distinguono in base ai tipi di ispessimenti delle pareti, che influenzano la loro elasticità e rigidità: Tipo di Ispessimento Descrizione Anulati Presentano ispessimenti ad anello. Spiralati Ispessimenti a spirale che conferiscono elasticità. Scalariformi Tipici di trachee mature e rigide. Punteggiati Presentano solo punteggiature senza ispessimenti significativi. Funzione delle Punteggiature: Le punteggiature laterali consentono il trasporto laterale dell'acqua tra tubi diversi, aumentando l'efficienza del sistema. Floema e Trasporto della Linfa Funzione del Floema Trasporto della Linfa: Il floema trasporta la linfa elaborata, contenente zuccheri, fitormoni e aminoacidi, da aree fotosintetiche a tutte le altre parti della pianta. Direzione del Trasporto: La linfa può essere trasportata sia verticalmente che orizzontalmente, ad esempio dalle foglie alle radici. Esperimenti sul Trasporto della Linfa   Taglio di una Foglia: Immergendo una foglia in una soluzione radioattiva, si osserva il percorso dei metaboliti all'interno della pianta.  Sacchetto di Anidride Carbonica: Avvolgendo una foglia in un sacchetto con CO2 radioattivo, si osserva il trasporto delle sostanze organiche. Struttura del Floema Il floema è composto da: Elementi dei Tubo Cribrosi: Conducono la linfa e sono formati da cellule vive impilate. Fibre: Forniscono supporto strutturale. Parenchima: Funziona come riserva e supporto. "Il floema è un tessuto composto da elementi dei tubi cribrosi, fibre e parenchima." Trasporto dell'Acqua nelle Piante Strategie di Adattamento Le piante hanno sviluppato due strategie per affrontare la desiccazione:  Desiccation Tolerant Poikilohydrous): Organismi che possono perdere completamente l'acqua e riprendere le funzioni quando l'acqua è disponibile.  Desiccation Sensitive Homoiohydrous): Organismi che non tollerano il disseccamento e mantengono un contenuto idrico costante. Perdita d'Acqua e Traspirazione Deficit di Saturazione: L'atmosfera ha sempre un deficit di saturazione del vapore acqueo, che aumenta la traspirazione. Fattori che Influenzano la Traspirazione: La velocità di traspirazione aumenta con il vento e la temperatura. Meccanismi di Trasporto dell'Acqua Teoria della Adesione-Coesione-Tensione: La coesione tra le molecole d'acqua e l'adesione alle pareti delle cellule xilematiche sono fondamentali per il trasporto  dell'acqua. Pressione Radicale: Misurabile e importante durante la ripresa vegetativa delle piante. Embolie e Velocità di Trasporto Formazione di Embolie Cause di Embolie: Possono verificarsi a causa di congelamento, siccità o rottura di parti vegetali. Ritorno alla Funzionalità: Gli elementi embolizzati possono riprendere a funzionare grazie alle cellule parenchimatiche che pompano ioni nel lume xilematico. Velocità di Trasporto Dimensioni degli Elementi: La velocità di trasporto varia in base alla dimensione degli elementi tracheali: Piccoli elementi 50150 micrometri): 16 m/h Grandi elementi 200400 micrometri): 1645 m/h Potenziali Idrici Misurazione del Potenziale Idrico: Utilizzando la Camera di Sholander, si può misurare il potenziale idrico delle piante, che varia da valori prossimi a zero nel suolo a valori fortemente negativi nella chioma. Trasporto nel Floema e Cormofite Trasporto nel Floema Sorgenti e Pozzi: Il floema trasporta sostanze nutritive da aree di produzione a aree di consumo. Velocità di Flusso: La velocità di flusso nel floema è molto più bassa rispetto allo xilema, variando tra 50100 cm/h. Cormofite Le cormofite sono caratterizzate da: Radici: Assorbono acqua e sali minerali, fungendo anche da riserva.  Caule: Sostiene la parte aerea e trasporta linfa. Filloma: Le foglie sono fondamentali per la fotosintesi e la traspirazione. "Il fiore non è considerato un organo fondamentale della pianta, ma è cruciale per la riproduzione." Riproduzione e Sviluppo delle Piante Processo di Fecondazione e Sviluppo dell'Embrione Fusione della Cellula Uovo e Spermatozoo: La cellula uovo, protetta dai tessuti circostanti, viene fecondata da uno dei nuclei spermatici, formando uno zigote diploide. Questo zigote riceve stimoli dall'ambiente, come luce e gravità, che influenzano il suo sviluppo. Modificazioni del Citoscheletro: La fusione porta a una modifica interna del citoscheletro, che regola la concentrazione degli ioni di calcio Ca. Questo cambiamento crea una polarità nella cellula diploide, portando a una divisione asimmetrica in due cellule figlie. Formazione del Rizoide: Una delle cellule figlie diventa più grande e darà origine al corpo dell'alga, mentre l'altra, più piccola e affusolata, formerà la struttura di ancoraggio (rizoide). La direzione della luce o della gravità condiziona la posizione del rizoide. Sviluppo dell'Embrione nelle Angiosperme Divisione Asimmetrica: Dopo la fecondazione, la cellula uovo subisce una divisione asimmetrica. La cellula più grande forma una struttura temporanea chiamata sospensore, mentre la cellula più piccola diventa l'embrione, circondato da tessuti di riserva. Stadi di Sviluppo dell'Embrione:  Stadio Globulare: Si forma un grumo di cellule che si divide regolarmente, creando una testa e un gambo.  Stadio a Cuore: Si stabilisce un asse di polarità, con l'emergere dei cotiledoni.  Stadio a Torpedine: Si sviluppano i meristemi dell'embrione, che daranno origine alla radice e alle foglie. Tipi di Angiosperme: Si distinguono in monocotiledoni (un solo cotiledone) e dicotiledoni  (due cotiledoni). Le piante con meno cotiledoni sono considerate più evolute. Tessuto Vascolare e Mutazioni Sviluppo del Tessuto Vascolare: Nella parte centrale dell'ipocotile si sviluppa il tessuto vascolare, che si estende con la crescita del meristema apicale. Mutazioni e Anomalie: La divisione cellulare deve essere regolare; se il setto è obliquo, lo sviluppo dell'embrione si blocca. Alcuni geni, come "shootmeristemless" e "hobbit", sono cruciali per la formazione dei meristemi apicali e radicali. Germinazione e Fattori Influenzanti Processo di Germinazione Definizione: La germinazione è il processo in cui il seme si risveglia dallo stato quiescente e riprende la vita metabolica attiva, culminando nello sviluppo della plantula. Fattori che Influenzano la Germinazione: Acqua: Favorisce le reazioni enzimatiche necessarie per lo sviluppo della plantula. Fitoregolatori: Ormoni come l'acido abscissico inibiscono la germinazione, mentre gibberelline e citochinine la promuovono. Temperatura: Una temperatura ottimale per la germinazione è tra 2025°C. Ossigeno: Essenziale per la germinazione, richiede un substrato permeabile. Luce: Stimola la germinazione in alcune piante (fotoblastici) e inibisce in altre (afotoblastici). Modalità di Germinazione Fagiolo: Rompe l'involucro del seme, l'ipocotile si piega, e i cotiledoni emergono. Pisello: Rompe l'involucro, i cotiledoni rimangono sottoterra. Mais: Contiene un unico cotiledone che non emerge, assorbendo nutrienti dall'endosperma. Disseminazione dei Semi Processi di Disseminazione  Epizoocoria: Trasporto dei semi da parte degli animali che li raccolgono e li rilasciano. Endozoocoria: I semi vengono inghiottiti dagli animali, dove il colore e l'odore sono importanti. Anemocoria: Disseminazione tramite il vento. Idrocoria: Disseminazione tramite l'acqua. Antropocoria: Disseminazione intenzionale o non intenzionale da parte dell'uomo. Disseminazione Mirmecora Interazione con le Formiche: Alcuni semi hanno appendici carnose che attraggono le formiche, che trasportano i semi nei loro nidi. Frutti e Protezione dei Semi Tipi di Frutti Frutti Veri: Derivano dalla trasformazione dei carpelli e hanno tre strati: esocarpo, mesocarpo ed endocarpo. Frutti Falsi: Derivano da altre parti del fiore, come il ricettacolo. Funzioni dei Frutti Proteggono i semi durante la formazione. Facilitano la conservazione in condizioni avverse. Incrementano la capacità di dispersione. Meristemi e Crescita delle Piante Meristemi Apicali e Laterali Meristemi Apicali: Responsabili dell'accrescimento in lunghezza di caule e radici. Meristemi Laterali: Permettono la ramificazione e la crescita in spessore. Struttura Radicale Cuffia Radicale: Protegge la radice e facilita l'accrescimento nel suolo.  Radici Laterali: Si formano attraverso la lacerazione dei tessuti preesistenti. Fasci Conduttori Elementi Xilematici: Pareti lignificate e lumen ampio. Elementi Floematici: Pareti sottili, cellule cribrose e compagne. Questa sintesi fornisce una panoramica dettagliata dei processi di riproduzione, sviluppo, germinazione, disseminazione e crescita delle piante, utile per lo studio e la comprensione delle dinamiche vegetali. Fasci Conduttori O Cribrovascolari Elementi Xilematici e Floematici Xilema: Caratterizzato da pareti lignificate irregolarmente ispessite e un lume cellulare di dimensioni cospicue. Affiancato da cellule parenchimatiche e fibre, il xilema è responsabile del trasporto dell'acqua e dei nutrienti dalle radici verso le altre parti della pianta. Floema: Presenta pareti sottili e spesso irregolari, con cellule cribrose di grandi dimensioni accompagnate da cellule più piccole. Non lignificate, il floema è fondamentale per il trasporto dei prodotti della fotosintesi dalle foglie verso il resto della pianta. Tipi di Fasci Cribro-Vascolari I fasci cribro-vascolari possono essere classificati in base alla loro disposizione:  Fascio Collaterale: Chiuso: Tipico delle monocotiledoni e delle piante erbacee dicotiledoni, presente nelle nervature delle foglie. Aperto: Presente nel fusto primario delle dicotiledoni erbacee e nelle piante legnose, consente l'accrescimento in spessore.  Fascio Bicollaterale:  Presenta un doppio cappello floematico che copre la regione xilematica centrale, comune nei piccioli dei frutti.  Fascio Concentico: Un fascio circonda l'altro, senza tessuti meristematici.  Fascio Radiale: Xilema e floema disposti in cordoni a raggio, alternati come i raggi di una ruota. Differenziazione del Xilema e Floema Protoxilema e Protofloema: Si differenziano per primi in zone di accrescimento non completato. Metaxilema e Metafloema: Si differenziano successivamente, dopo che l’allungamento è terminato. Teoria Della Stele La stele è la zona centrale di fusto o radice dove si trovano i fasci conduttori, delimitata da endoderma, midollo e periciclo. Esistono diversi tipi di stele, ognuna con caratteristiche specifiche:  Protostele: Singolo fascio conduttore centrale, presente nelle piante terrestri primitive.  Actinostele: Unico fascio centrale con xilema a forma di stele e floema diviso in cordoni.  Sifonostele: Presenta una zona midollare centrale, comune nelle felci.  Dictiostele: Fascio conduttore reticolato, tipico delle felci.  Eustele: Presente in Gimnosperme e Dicotiledoni, con midollo centrale ben sviluppato.  Atactostele: Presente nelle angiosperme dicotiledoni, con fasci collaterali chiusi distribuiti lungo la sezione trasversale del fusto. Accrescimento Secondario in Spessore L'accrescimento secondario in spessore è fondamentale per il rinforzo del fusto e avviene attraverso la formazione di due meristemi secondari: Cambio Cribrovascolare): Produce floema e xilema, contribuendo all'accrescimento in  spessore. Fellogeno: Forma i tessuti di protezione, generando sughero. Funzioni del Fusto Organo di sostegno. Collegamento tra foglie e radici. Accumulo di sostanze di riserva. A volte funzione fotosintetica. Struttura Primaria e Secondaria di una Spermatofita Struttura Primaria Monocotiledoni: Fasci collaterali chiusi, sparsi irregolarmente, con accrescimento solo primario. Dicotiledoni: Fasci collaterali chiusi o aperti, disposti ad anello, con possibilità di accrescimento secondario. Struttura Secondaria Il cambio cribrovascolare consente la formazione di un anello continuo meristematico, aumentando il numero di cellule di trasporto. Le cellule cambiali si dividono, mantenendo la capacità di divisione e contribuendo all'accrescimento del fusto. Periderma e Ritidoma Periderma: Insieme di sughero, fellogeno e felloderma, che sostituisce l'epidermide durante la crescita interna. Ritidoma: Formazione di corteccia degli alberi, derivante dalla continua produzione di periderma. Xilema Secondario e Dendrocronologia Xilema Secondario: Costituito da anelli di crescita, permette la datazione degli alberi attraverso il conteggio degli anelli annuali. Dendrocronologia: Sistema di datazione basato sugli anelli di accrescimento, utile in  archeologia. Tipi di Legno  Omoxilo: Presente nelle Gimnosperme, formato solo da fibrotracheidi.  Eteroxilo: Presente nelle Angiosperme, formato da trachee, tracheidi e fibre. Caratteristiche del Legno Porosità Anulare: Vasi funzionali per un solo anno, tipico di alberi in ambienti con abbondante acqua. Porosità Diffusa: Vasi distribuiti uniformemente, adatti a piante in condizioni di stress idrico. Floema Secondario Il floema secondario è composto da cellule di trasporto alternate a isole di fibre, con tubi cribrosi che diventano sempre più vecchi man mano che si cresce. La crescita del cambio schiaccia i tubi floematici non più funzionali, rendendo il floema più sottile. Struttura Del Legno Tubo Xilematico e Parenchima Di Dilatazione Tubi Cribrosi: Man mano che si cresce verso l'alto, i tubi cribrosi diventano sempre più vecchi e non più funzionali. Tubo Xilematico: Questo tubo, una volta fuori uso, presenta cellule con pareti sottili e viene schiacciato dalla crescita del cambio, contribuendo a rendere il legno più sottile. Parenchima di Dilatazione: La mancata crescita del legno più vecchio porta alla formazione di spazi occupati da cellule parenchimatiche, creando isole triangolari di parenchima di dilatazione tra le regioni floematiche. Fusto Nelle Monocotiledoni Accrescimento: Le monocotiledoni non hanno accrescimento secondario in spessore, eccetto in rari casi. Tuttavia, alcune piante di questo gruppo possono raggiungere grandi dimensioni.  Culmo delle Graminacee: Fusti generalmente cavi e non molto grandi, con nervature parallele. Presentano un meristema intercalare attivo che consente la modifica della posizione del fusto. Stipite delle Palme: Presentano una disposizione di fasci cribrovascolari ad atactostele, con fasci disposti in modo apparentemente casuale. Fusto delle Dracene: Hanno accrescimento secondario in spessore, con una struttura atactostelica e un cambio che genera parenchima basale. Apparato Radicale Funzioni Principali Assorbimento: Le radici assorbono acqua e soluti dal suolo. Ancoraggio: Fissano la pianta al terreno. Accumulo di Risorse: Funzionano come riserve di sostanze nutritive. Laboratorio Chimico: Produzione di metaboliti secondari, come la nicotina nel tabacco. Tipi di Radici  Fittonante o Allorrizico: Radice principale che si sviluppa dalla radichetta primaria. Esempio: carota.  Fascicolato o Omorrizico: Radici secondarie che si formano dall'ipocotile o dal fusto. Esempio: radici avventizie. Struttura della Radice Struttura Primaria:  Composta da parte corticale esterna e cilindro centrale con tessuti di conduzione. L'endodermide separa le due parti. Struttura Secondaria: L'ingrossamento in spessore avviene solo in Gimnosperme e Angiosperme dicotiledoni. La zona cambiale genera floema verso l'esterno e xilema verso l'interno. Metamorfosi Del Fusto Tipi di Fusti Metamorfosati Rizomi: Fusti orizzontali sottoterra, ricchi di riserve e con gemme che svilupperanno nuovi fusti. Tuberi: Rizomi specializzati con estremità ingrossate, come la patata. Bulbi: Organi sotterranei rigonfi con funzione di riserva, formati da un fusto accorciato. Stoloni: Fusti striscianti che si sviluppano al suolo e radicano a livello dei nodi. Funzioni Del Fusto Riserva Idrica: I raggi midollari e il parenchima del legno accumulano acqua. Attività Fotosintetica: Alcuni fusti specializzati possono svolgere fotosintesi. Sostegno Attivo: I viticci avvolgono oggetti per supportare la pianta. Difesa: Rami e spine offrono protezione. Pteridofite (Felci) Pteridofite Isosporee Caratteristiche: Tracheofite non a seme con cellule diploidi. Riproduzione: Produzione di spore aploidi che germinano in nuovi individui. Pteridofite Eterosporee Evoluzione: Introduzione di gametofiti maschili e femminili.  Microspore e Megaspore: Produzione di gameti maschili e femminili, con dipendenza dal protallo femminile. Spermatofite: Gimnosperme Caratteristiche Piante a Seme Nudo: Produzione di pigne o coni. Funzioni: Forniscono legno, biomasse, farmaci e sono ecologicamente importanti. Riproduzione  Riduzione del Gametofito: Trasferimento diretto del gametofito maschile ai tessuti contenenti la cellula uovo.  Germinazione del Granulo di Polline: Formazione di un tubetto pollinico che trasporta le cellule spermatiche.  Sviluppo del Seme: L'embrione è circondato da tessuti di riserva e di protezione. Spermatofite: Angiosperme Caratteristiche Seme Protetto: Le strutture riproduttive femminili sono circondate da tessuti. Diversità: Circa 300 mila specie, con fiori che si sono evoluti da strutture primitive simili a pigne. Struttura Fiorale Destinazione: L'apice vegetativo si trasforma in una struttura fiorale, segnando la fine dell'accrescimento indefinito del fusto. Seme Protetto e Diversità delle Specie Introduzione alla Diversità delle Specie Le piante angiosperme, o piante a fiore, sono protette da un seme, il quale è circondato da tessuti durante la fertilità.  Questo gruppo è estremamente diversificato, con circa 300.000 specie conosciute. Evoluzione dei Fiori Primo Fiore: Il primo fiore conosciuto, di dimensioni di 7 mm, risale a circa 130 milioni di anni fa in Inghilterra. Strutture Primitive: Alcuni fiori primitivi, come la magnolia, presentano strutture simili a uno strobilo, assomigliando a una pigna senza squame. Struttura del Fiore Apice Vegetativo: La struttura fiorale rappresenta il destino finale di un apice vegetativo in crescita, passando da un accrescimento indefinito a uno definito. Componenti del Fiore: Perianzio: Comprende il calice (sepali) e la corolla (petali), entrambi foglie modificate. Androceo: Componente maschile formato da stami che producono polline. Gineceo: Componente femminile che contiene ovuli protetti da carpelli. Tipi di Fiori Fiore Ermafrodita: Contiene sia strutture maschili che femminili, con una riduzione del gametofito femminile a un massimo di tre cellule. Evoluzione dei Fiori:  Passaggio da fiori con molte parti a fiori con poche parti definite.  Aumento delle dimensioni dei fiori nel tempo.  Riduzione del numero di appendici (sepali, petali, stami, carpelli).  Trasformazione dell'ovario da supero a infero per protezione.  Fusione degli elementi di un verticillo.  Cambiamento da simmetria radiale a bilaterale.  Rimpicciolimento e organizzazione in infiorescenze. Formazione del Polline e della Cellula Uovo Androceo: Gli stami producono polline attraverso la meiosi, generando granuli pollinici. Gineceo: Gli ovuli subiscono meiosi, producendo un sacco embrionale composto da otto cellule. Doppia Fecondazione Il tubetto pollinico trasporta due nuclei spermatici verso l'ovulo, dove avviene la fusione di nuclei e la formazione dell'endosperma secondario. Evoluzione del Seme Eterosporia: Comparsa di spore di due tipi e riduzione del numero di spore nel macrosporangio. Sviluppo del Macrogametofito: Avviene all'interno della macrospora, con avvolgimento dello sporangio in tegumenti. Biologia dell'Impollinazione Tipi di Impollinazione  Impollinazione Anemofila: Avviene tramite il vento, tipica di piante in ambienti freddi. Adattamenti: riduzione delle strutture floreali, aumento delle dimensioni di stigma e stami.  Impollinazione Idrofila: Utilizza l'acqua come mezzo di trasporto, come nel caso della Vallisneria spiralis.  Impollinazione Entomofila: Fiori vistosi che attraggono animali impollinatori. Offrono cibo (nettare, polline) e protezione agli impollinatori. Autogamia e Allogamia Autogamia: Garantisce una nuova generazione, ma aumenta l'omozigosi.  Allogamia: Favorisce la variabilità genetica, con meccanismi per evitare l'autofecondazione. Agamospermia e Androgenesi Agamospermia: Riproduzione senza fecondazione, come nel tarassaco. Androgenesi: Trasmissione del patrimonio genetico esclusivamente patrilineare, come nel cipresso del Sahara. Fotosintesi Processo della Fotosintesi La fotosintesi è un processo chimico che produce sostanze organiche, principalmente carboidrati, a partire da CO2 e acqua in presenza di luce solare. È fondamentale per la vita sulla Terra, poiché fissa la CO2 e libera ossigeno. Storia degli Esperimenti sulla Fotosintesi Jan Baptista van Helmont: Dimostrò che le piante non traggono nutrimento solo dal terreno. Joseph Priestley: Scoprì che le piante rigenerano l'aria, producendo ossigeno. Jan Ingen Housz: Dimostrò che la rigenerazione avviene solo in presenza di luce. Fasi della Fotosintesi  Fase Luminosa: Assorbimento di energia luminosa e formazione di NADPH e ATP. Avviene nelle membrane interne del cloroplasto.  Fase Oscura: Utilizza ATP e NADPH per legare la CO2 e produrre glucosio (ciclo di Calvin). Avviene nello stroma del cloroplasto. Importanza dei Fotosistemi  I fotosistemi P680 e P700 sono coinvolti nell'assorbimento della luce e nella produzione di ossigeno. La clorofilla è fondamentale per la fotosintesi, assorbendo luce rossa e blu e riflettendo luce verde. Conclusioni sulla Fotosintesi L'equazione corretta della fotosintesi è: [ 6CO2  12H2O \xrightarrow{\text{luce, clorofilla}} C6H12O6  6H2O  6O2 ] La fotosintesi è essenziale per la produzione di energia e la vita sulla Terra. Luce E Lunghezza D'Onda Assorbimento della Luce Le piante assorbono luce principalmente a lunghezze d'onda di circa 430 nm (blu) e 660 nm (rosso). Questo significa che assorbono massimamente la luce rossa e blu, mentre la luce verde viene riflessa, rendendo le foglie verdi. Fase Luminosa Interazione Fotone-Molecola Quando una molecola assorbe un fotone, se l'energia del fotone corrisponde alla differenza di energia tra due stati elettronici, la molecola può passare a uno stato eccitato. L'elettrone colpito si sposta a un livello energetico superiore. Gli elettroni in stato eccitato ritornano al loro stato originale, liberando l'energia assorbita attraverso tre meccanismi:  Rilascio di calore.  Riemissione di un fotone con lunghezza d'onda inferiore (fluorescenza).  Riemissione di energia con ritardo (fosforescenza). Conseguenze dell'Eccitazione L'energia di eccitazione può essere trasferita a un'altra molecola (risonanza  elettromagnetica) o può portare alla cessione di un elettrone. Le xantofille liberano energia come calore, mentre beta carotene e clorofille trasferiscono energia fino al centro di reazione. "Una parte dell’energia di eccitazione viene persa/riemessa, una parte arriva al centro di reazione formato da due molecole di clorofilla legate a una proteina." Via Fotochimica della Fotosintesi Si genera una carica positiva nel centro di reazione, dove l'accettore primario cede l'elettrone a una molecola vicina, creando una catena ossidoriduttiva. La molecola finale che accetta l'elettrone è l'NADPH, che si forma dalla riduzione dell'NADP. Reazione di Fotolisi La fotolisi dell'acqua produce elettroni, protoni e ossigeno: H2O  NADP → NADPH  H + ½ O2 Questo processo richiede energia e avviene a livello del fotosistema II. Formazione di NADPH L'NADPH è consumato rapidamente, quindi è necessario formarlo in grandi quantità. La produzione di NADPH avviene grazie ai cambiamenti di stato dei centri di reazione, che cedono elettroni a un accettore. Schema a Z del Trasporto di Elettroni Fase Descrizione Fase 1 Il fotosistema II estrae elettroni dall'acqua. Fase 2 Gli elettroni passano attraverso una catena redox fino al fotosistema I. Formazione di ATP Le ATPasi di membrana nei tilacoidi producono ATP attraverso un gradiente di protoni. L'ipotesi chemio-osmotica dimostra che l'acidificazione interna dei tilacoidi è  fondamentale per la formazione di ATP. Fotofosforilazione Ciclica Se l'NADPH è in eccesso, gli elettroni possono ricircolare per produrre ATP senza passare per l'NADP. Questo processo è cruciale in condizioni di alta concentrazione di NADPH. Fase Oscura Ciclo di Calvin Nella fase oscura, la CO2 viene assimilata e ridotta a carboidrati. Le reazioni sono temperature sensibili e avvengono nello stroma. Reazioni del Ciclo di Calvin 6 CO2  12 NADPH  18 ATP  C6H12O6  12 NADP + 18 ADP  18 Pi + 6 H L'enzima RUBISCO catalizza la fissazione della CO2 su ribulosio 1,5-difosfato RuDP, formando acido 3-fosfoglicerico PGA. Riduzione e Rigenerazione Il PGA viene ridotto a GLICERALDEIDE3P GP3) utilizzando ATP e NADPH. Solo 2 molecole di GP3 vanno a formare glucosio, mentre 10 rigenerano RuDP. Metabolismo C3 e Fotorespirazione Nelle piante C3, la fotorespirazione è considerata uno spreco metabolico. Le piante C4 e CAM hanno adattamenti per migliorare l'efficienza della fotosintesi in ambienti caldi e luminosi. Piante C4 Fissano la CO2 in un acido a 4 atomi di carbonio, aumentando l'efficienza della fotosintesi. La fissazione provvisoria della CO2 avviene attraverso l'enzima PEP carbossilasi, creando un ambiente ideale per la fotosintesi. Vantaggi delle Piante C4 Le piante C4 sono più adatte a temperature elevate e riducono la fotorespirazione, aumentando l'efficienza della fotosintesi. Metabolismo Delle Piante C4 Funzionamento Delle Piante C4 Cattura della CO2: Le piante C4 utilizzano l'enzima PEP carbossilasi per catturare la CO2 nelle cellule del mesofillo prima che raggiunga gli stomi. Questo enzima è altamente efficiente anche a basse concentrazioni di substrato. Vantaggi delle Piante C4:  Adattamento alle Alte Temperature: Le piante C4 sono particolarmente adatte a climi caldi. Con l'aumento della temperatura, l'attività ossigenasica dell'enzima RuBisCO aumenta, riducendo l'efficacia della fotosintesi. Le piante C4 mitigano questo problema.  Risparmio Idrico: Grazie all'efficienza della PEP carbossilasi, le piante C4 mantengono basse le concentrazioni di CO2 negli spazi intercellulari durante il giorno, creando un gradiente di concentrazione che facilita l'assorbimento della CO2. Questo permette loro di fotosintetizzare con stomi parzialmente chiusi, riducendo la perdita di acqua.  Basso Punto di Compensazione della CO2: Le piante C4 hanno un punto di compensazione per la CO2 vicino a zero, il che significa che possono continuare a fotosintetizzare anche a basse concentrazioni di CO2, a differenza delle piante C3, dove la fotosintesi si annulla a concentrazioni del 1020% rispetto a quelle atmosferiche normali. Varianti Del Ciclo C4 Le varianti del ciclo C4 si differenziano in base a: Natura dell'Acido a 4 Atomi di Carbonio: Può essere malico o aspartico, che viene trasportato nelle cellule della guaina del fascio. Natura dell'Enzima: Differente enzima catalizza la decarbossilazione nelle cellule della guaina del fascio. Piante CAM Metabolismo Acido Delle Crassulacee Definizione: Le piante CAM Crassulacean Acid Metabolism) sono adattate a vivere in ambienti aridi e includono piante succulente della famiglia Crassulaceae, cactacee e alcune piante epifite come le bromeliacee. Meccanismo di Fissazione della CO2: Di Notte: Gli stomi si aprono per assorbire CO2, che viene fissata formando acidi organici a 4 atomi di carbonio (tipicamente acido malico). Di Giorno: Gli stomi rimangono chiusi per conservare acqua. Gli acidi organici vengono decarbossilati per liberare CO2, che viene poi fissata nel ciclo di Calvin tramite RuBisCO. Scambi di CO2 e Sostanze Nelle Foglie Variazione Circadiana: Durante la notte, gli stomi sono aperti, permettendo l'assorbimento di CO2. Al mattino, la concentrazione di acido malico raggiunge il picco, per poi diminuire durante il giorno quando viene convertito in piruvico. Produzione di Amido: Durante il giorno, le piante producono amido, che viene poi demolito di notte per fornire energia per la sintesi di PEP. Funzionamento del Metabolismo CAM Regolazione della PEPCarbossilasi: L'attività della PEP-carbossilasi è inibita dall'acido malico, che modifica la struttura dell'enzima, impedendo la fissazione della CO2. Processo Notturno: Durante la notte, il CO2 entra nelle cellule e si lega al fosfoenolpiruvato PEP, formando acido ossalacetico, che viene ridotto a acido malico e trasportato nel vacuolo, dove si accumula. Aspetti Chiave del Metabolismo CAM Regolazione degli Stomi: L'apertura degli stomi è controllata dalla concentrazione interna di CO2. Di notte, gli stomi sono aperti per assorbire CO2, mentre di giorno rimangono chiusi per conservare acqua. Efficienza di Assorbimento: L'elevata concentrazione di malato nel vacuolo aumenta la pressione osmotica, migliorando l'assorbimento di acqua, specialmente in condizioni di umidità limitata. "L'apertura degli stomi è regolata dalla concentrazione parziale interna della CO2, che dipende dall'attività di questa attività enzimatica particolare."