Curs 1 Citologie Vegetală 2024 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, autocon...

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). 1  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 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. 2  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 (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 Proteinele sunt 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 3  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 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. 4  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. 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