CURS 3 Citologie vegetală PDF

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...

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 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