2024 Course Botany 12 PDF

U.E. 1 Biodiversité et bio-évolution des règnes végétal et fongique VOS ENSEIGNANTS § Valérie Tarrius Flesch (Botanique-Mycologie) Responsable U.E.1 ([email protected]) Service de Botanique et de Mycologie générale , salle 3317 § Anita Baillet (Botanique-Mycologie) § Med...

U.E. 1 Biodiversité et bio-évolution des règnes végétal et fongique VOS ENSEIGNANTS § Valérie Tarrius Flesch (Botanique-Mycologie) Responsable U.E.1 ([email protected]) Service de Botanique et de Mycologie générale , salle 3317 § Anita Baillet (Botanique-Mycologie) § Medhi Beniddir (Phytochimie) § Christophe Fourneau (Phytochimie - Reconnaissances) L’UE1, C’ES T… de la Botanique: * 9h de cours (V. Tarrius-Flesch) , * 3 T.P. Botanique (Resp. V. Tarrius-Flesch) , de la Mycologie: 6 h de cours (A. Baillet) de la Phytochimie: 5 h de cours (Ahmed Beniddir) * 1 T.P. + 1 examen Reconnaissances de plantes sèches (Resp. Ch. Fourneau, christophe.fourneau@universite-paris-saclay) L’UE1, C’EST… 30 points (= 3 ECTS) 22 points pour l’examen théorique + 8 points pour les T.P, y compris Reconnaissances (2 points par séance) QUE FAUT-IL APPRENDRE ??? Oui ! Ouiiiiiiiii! Sûr et certain! Et les dates, et les lieux et Et les trucs avec des C, des H, des O et des N ? euh… zut c'est pas le bon cours… On apprend les schémas, vous êtes sûr? Et la photosynthèse, vous pensez que c'est important ??? TOUT BIEN SÛR ! 神秘 Qu'est ce qui va tomber à l'examen ???? QU'EST-CE QUE LA BOTANIQUE ? Une science en constante évolution consacrée à l'étude des plantes Ecologie Physiologie végétale Anatomie et histologie végétales Agronomie, Agriculture BOTANIQUE Palynologie (pollens) Phytochimie Systématique LIVRES DE RÉFÉRENCE • Thomas R., Busti D. et Maillart M., Petite flore de France. Belin éd., 2022 • Dupont F. et Guignard J.-L., Botanique, les familles de plantes, 16ème édition, 2015 • Hopkins W.G., Physiologie végétale, 2003. • Meyer S., Reeb C. et Bosdeveix R., Botanique, biologie et physiologie végétales, 2019, Maloine éd., 3ème édition. SITES WEB UTILES ET BIEN FAITS • https://rnbio.sorbonne-universite.fr/phys-veg_accueil • Et pour admirer les magnifiques photos d’un botaniste averti, rendez-vous sur https://www.florealpes.com/ IMPORTANCE DE LA CONNAISSANCE DE LA BOTANIQUE POUR LE PHARMACIEN ► Dans les 20318 officines de France ou à l'hôpital, possible demande d’identification spécifique dans le but de déterminer: • les risques allergisants ou irritants d’une plante (pollen, FAC, poils d’oxalate de Ca, latex) • la toxicité ou la comestibilité des plantes sauvages et cultivées (recrudescence de la consommation volontaire de plantes sauvages et d’intoxication accidentelle par les enfants en particulier) • l’utilisation de plantes médicinales (tisanes, extraits,…) et de compléments alimentaires Quid herboriste, herbaliste ? ENTRONS DANS LE VIF DU SUJET…. QU’EST-CE QU’UNE PLANTE ? Une plante est un organisme vivant : - à cellules pourvues d’une paroi cellulaire (= p. squelettique ou pectocellulosique), - à mobilité et sensibilité réduites, - apte à synthétiser des molécules organiques à partir d’éléments minéraux (eau, CO2, sels minéraux) grâce à des pigments photosynthétiques. Algue (Volvox) Arbre (Séquoia géant) Herbacée parasite (Orobanche) I. LA CELLULE VÉGÉTALE A. LA VACUOLE § De vaccum: vide en latin § Organite volumineux contenant eau + diverses molécules dissoutes (glucides simples, pigments, ions, …), délimité par une simple membrane à rôle filtrant, le tonoplaste. FONCTIONS DE LA VACUOLE § "Squelette" hydraulique interne (turgescence)qui permet la croissance de la cellule § Lieu de stockage ou de détoxification de différentes molécules (saccharose, anthocyanes, alcaloïdes…) § - Assure l’homéostasie cellulaire (maintien du pH en particulier) Cellules épidermiques de tulipe B. LES PLASTES Résultat d’une endosymbiose c’est-à-dire incorporation d’une cyanobactérie dans une cellule eucaryote primitive, d’où la présence d’une double membrane et d’ADN circulaire. Organites semi-autonomes avec synthèse d'une partie de leurs protéines seulement. Il existe: • - les proplastes = plastes immatures • - les leucoplastes = plastes qui stockent des protéines, des lipides ou de l'amidon (amyloplastes) • - les chromoplastes = plastes colorés contiennent des pigments non photosynthétiques (coloration des fleurs et des fruits) ou photosynthétiques (chlorophylles des chloroplastes) ORIGINE DES PLASTES C. LA PAROI SQUELETTIQUE OU PECTOCELLULOSIQUE Paroi rigide exclusivement végétale permettant l’élaboration de structures verticales par empilement des cellules Composée de: • Polysaccharides (cellulose, hémicelluloses, pectines) • Glycoprotéines • Lignine (renfort) et lipides (cires, cutine, subérine pour l’imperméabilisation) dans certains cas 1. ORGANISATION DE LA PAROI PECTO-CELLULOSIQUE - Composée de différentes couches élaborées successivement par la cellule - Percée de canaux, les plasmodesmes. Paroi secondaire: Cellulose + hémicelluloses + glycoprotéines Fibres parallèles et entrecroisées la rendent inextensible. Paroi primaire: Cellulose + hémicelluloses + pectines + glycoprotéines Trame de fibres lâches permettant la croissance cellulaire, les échanges entre cellules. Lamelle moyenne: la première couche formée Pectines d'une consistance de gel, "collent" les cellules voisines entre elles ("ciment" poreux) Peut se résorber en méats En fin de croissance, dans certains tissus, toutes les couches pariétales s’imprègnent de lignine (lignification = sclérification) 2. LIEUX DE TRANSIT INTERCELLULAIRE: APOPLASME, SYMPLASME, ESPACES INTERCELLULAIRES § Apoplasme: Ensemble des parois cellulaires. Lieu de transit des sucres, des ions minéraux,… § Symplasme: Cytoplasmes de toutes les cellules mis en continuité grâce aux plasmodesmes Lieu de transit des acides aminés de faible poids moléculaire et des petits polypeptides § Espaces intercellulaires (méats, lacunes): Lieux de diffusion des gaz (O2, CO2, vapeur d’eau) Apoplasme Symplasme Espace intercellulaire 3. LES CONSTITUANTS DE LA PAROI A. La cellulose - Composition chimique C’est un homopolysaccharide constitué de n cellobioses. b O CH2OH 1 O 4 CH2OH O OH réducteur n Cellobiose = motif répétitif constitué de 2 glucoses liés par une liaison O-osidique b 1-4 EXEMPLE D’UN ALDOSE: LE GLUCOSE D-Glucose en représentation de Fischer Formation de la liaison hémiacétal (anomères) Formes a et b 1 4 1 4 b -D-Glucose sous forme chaise (représentation spatiale) et en représentation de Haworth Extrêmité Extrêmité réductrice non réductrice Sens d’élongation (cellulose synthétase) Sens de dégradation (exo-cellulases bactériennes et fongiques) - BIOSYNTHÈSE DE LA CELLULOSE • Réalisée dans un complexe enzymatique appelé "rosette" situé dans la membrane plasmique et vers l’extérieur de la membrane plasmique • Transfert de glucoses à l'extrêmité de la chaîne de cellulose (côté C n°4) à partir d'UDP-glucoses grâce à une glucosyl-transférase spécifique, la cellulose synthétase • Autoassemblage des chaînes de cellulose en microfibrilles dans la paroi cellulaire • + de 15 000 unités de cellobiose par chaîne dans le coton, + de 40 chaînes par microfibrille - PROPRIÉTÉS PHYSICO-CHIMIQUES ET RÔLE DE LA CELLULOSE * Insoluble dans l’eau mais hydrophile (J coton hydrophile) * A la fois souple et résistante comme un câble d’acier Trame principale de la paroi cellulaire - DÉGRADATION DE LA CELLULOSE Réalisée exclusivement par les cellulases bactériennes ou fongiques car pas de cellulase animale Les cellulases permettent: • le "nettoyage" des forêts • la digestion des ruminants • mais provoquent la destruction papiers peints et des charpentes Mérule des Armillaires - UTILISATIONS DE LA CELLULOSE PAR L’HOMME • Fibres alimentaires non digestibles, améliorent le transit intestinal • Fibres textiles naturelles (coton, lin,…) et hémi-synthétiques (viscose) • Papier fabriqué avec le bois de résineux (pin,…) et de feuillus (peuplier, eucalyptus, coton…) Fibres de Pin sylvestre • Excipient: liant et délitant dans les comprimés • Cellulose + acide nitrique (= nitrate de cellulose ou nitrocellulose) Explosif = Fulmicoton ("De la terre à la lune" de J. Verne, • 1ère guerre mondiale) • Films photographiques inflammables ("films flamme") • Cellulose + camphre = celluloïd Boules de billard, balles de ping-pong, jouets B. LES HÉMICELLULOSES = les xyloglucanes, hétéropolysaccharides constitués d'une chaîne principale (= back-bone) de glucoses b 1-4 et de courtes chaînes latérales de xylose, galactose et fucose liés en b 1-6 ou b 1-2. - Rôle des hémicelluloses Maintien des fibrilles de cellulose en place Cellulose Hémicellulose C. LES PECTINES Polysaccharides composés d'acides a-galacturoniques et de rhamnoses + ramifications d'oses divers réseau tridimensionnel (gel). = gélification par formation des" boîtes à œufs" = egg box Dégradation par des pectinases maturation des fruits En 1994, tomate Mac Gregor, tomate transgénique contenant moins de pectinases, donc à mûrissement retardé (15 j de conservation en +) - RÔLE DES PECTINES DANS L’ORGANISATION DE LA PAROI CELLULAIRE Cellulose Hémicellulose Pectines Elles renforcent le maintien de la structure pariétale tout en pouvant permettre son relâchement par leur dégradation. LE SECRET DES CONFITURES Les confitures de fruits sont traditionnellement préparées dans des bassines en cuivre. Pourquoi?? Réponse: Chauffage + acidité des fruits libèrent les ions Cu2+ de la bassine. Ils vont s'associer en egg box avec les molécules de pectines. La confiture épaissit. En absence de la bassine, ajouter un jus de citron (apport d'H+). D. LA LIGNINE Polymère polyphénolique composé de monolignols, unités de base qui forment un réseau tridimensionnel Monolignols = 3 alcools phénoliques qui constituent la lignine Propriétés et rôles de la lignine - Hydrophobicité - Extrême résistance mécanique (ex: paroi renforcée des cellules de sclérenchyme) Durcissement et imperméabilité des cellules IMPORTANCE DE LA LIGNINE POUR L’HOMME L Dans l’industrie papetière: La lignine gêne la récupération des fibrilles de cellulose du bois et doit être éliminée par des produits chlorés polluants. Solution: Obtenir des arbres transgéniques moins lignifiés (Peuplier avec 40% de lignine en moins) J Bois de chauffage Plus il y a de lignine, plus le bois est dur et brûle lentement (pouvoir calorifique élevé) J Bois comme matériau de construction, mobilier car lignine dure mais thermoductible… J Fumage des viandes E. GLYCOPROTÉINES DE STRUCTURE Glycoprotéines riches en hydroxyproline (HRGP) ou « extensines » constituées d'acides aminés et de ramifications d'oses ara I tyr – hyp- ser - … I tyr Rôles: maintien en place des autres macromolécules pariétales par liaisons bi-tyrosines entre glycoprotéines voisines et formation d'un réseau. HRGP F. LIPIDES PARIÉTAUX - Rôle majeur dans l’équilibre hydrique (évite le dessèchement des organes aériens) - Fonctions protectrices diverses (contre effets abrasifs du vent et lessivage par la pluie) - Barrière apoplastique (endoderme racinaire) * Cires et cutine Constituent la cuticule et sont excrétées par les cellules épidermiques. cuticule (cutine +cires) épiderme cristaux de cire cires + cutine cutine paroi cellulaire - Cutine = polymère d'acides gras hydroxylés (C16,C18) avec OH intrachaîne en 9 ou 10 C18 C16 OH acide 16-hydroxyhéxadécanoïque Estérification des monomères de cutine Réseau tridimensionnel Réseau relâché par temps humide et resserré par temps sec (étanchéité variable) Cires = ciment entre les mailles de cutine et cristaux externes Composées d'hydrocarbures et de cérides (= esters d'alcools et d'acides gras à longue chaîne), donc hydrophobes Pruine = cires Subérine = Polyester d'acides dicarboxyliques et d’OH acides + composés phénoliques + cires Localisation: - Endoderme, barrière apoplastique racinaire. - Cellules de certains tissus de revêtement (assise subéreuse, suber = liège) Suber du Chêne-liège endoderme G. MINÉRALISATION DES PAROIS Cristallisation intra-cellulaires de calcium (carbonate ou oxalate) qui forment: - des cystolithes qui renforcent la paroi des poils épidermiques (Borraginacées, …) - des inclusions cristallines (cellules à sable des Solanacées, mâcles, raphides) cellule à sable mâcle raphides Dépôts de silicium dans les parois des cellules épidermiques des Poacées (Blé, Avoine, …) = système de défense contre herbivores H. AUTRES CONSTITUANTS DE LA PAROI Eau : 60 à 80% d’eau dans la paroi Ions : très nombreux ions dont le calcium (Ca2+) qui permet la gélification des pectines et les protons (H+): pH < 7, importance pour la croissance (auxine), gélification des pectines. Enzymes très variées : Peroxydases, pectinases, …