La cellula vegetale: analisi dei componenti cellulari

Caratteristiche generali della cellula vegetale

Da atomi a molecole per arrivare poi alle cellule, gli organismi viventi posseggono complessità microscopiche caratteristiche.

La teoria cellulare, formata nel 1838-1839 da Schleiden e Schwann, stabiliva che tutti gli organismi eucariotici sono composti da cellule, considerate le più piccole unità indipendenti della vita.

Le cellule vegetali sono eucariotiche, ma per cosa differiscono da quelle animali?

La differenza fondamentale è data dalla compartimentazione cellulare e lo sviluppo di membrane ed organelli, per le cellule vegetali, di origine prettamente meristematica è difficile fornire un’unica descrizione generalizzata, poiché ogni cellula va in contro a differenziamento e specializzata poi in organi e tessuti, inoltre, esistono organismi come alghe e funghi che hanno una diversa composizione rispetto ad altre cellule vegetali.

Vediamo nel dettaglio le diverse componenti cellulari...

La parete cellulare della cellula vegetale

La parete è divisa in parete primaria, secondaria e lamella mediana. Queste componenti costituiscono il compartimento esterno della membrana plasmatica che caratterizza tutte le cellule vegetali.

Ha diversi compiti in base al differenziamento cellulare: possiede una rigidità tale da regolare le pressioni di turgore, regola l’osmosi e la crescita cellulare, fornisce protezione e resistenza. È considerata come un compartimento metabolicamente attivo, indispensabile nel trasporto di acqua e soluti e nelle comunicazioni cellulari. È costituita principalmente da cellulosa, emicellulosa, pectine e proteine.

• La lamella mediana è la porzione più esterna, composta da sostanze pectiche.
• La parete primaria contiene un protoplasto vivo, nonchè molecole impermeabilizzanti ed idrofobiche.
• La parete secondaria è formata da vari strati aggiuntivi, spesso specializzati post-mortem, che vengono lignificati.

Sulla parete troviamo anche plasmodesmi, punti di contatto che congiungono le cellule adiacenti, responsabili quindi del movimento di acqua e soluti.

Sistemi di endomembrane

Le cellule vegetali contengono diversi tipi di membrane, quella principale è la membrana plasmatica, o plasmalemma, che circonda la cellula.

La membrana plasmatica

Circonda la cellula ed è composta da lipidi, proteine e carboidrati.

È sede di tutti gli scambi tra la cellula e l’ambiente esterno, contiene il citoplasma che possiede tutte le sostanze chimiche vitali tra cui sali, ioni, zuccheri, una grande quantità di enzimi/proteine e la maggior parte dell’RNA.

Inoltre è presente anche il nucleo, che presenta la quasi totalità del DNA. Il suo scopo è quello di contenere gli acidi nucleici, provvedere alla duplicazione del DNA, alla trascrizione e alla maturazione dell’RNA.

La continuità tra nucleo e citoplasma è garantita da pori nucleari la cui funzione è il trasporto attivo delle molecole da e per il citoplasma.

Nel nucleo possono essere distinti:

Una doppia membrana, un materiale filamentoso, la cromatina (costituita da proteine ed acidi nucleici) e nucleoli immersi nella sostanza nucleare.

I perossisomi

Christian de Duve nel 1965 classificò i perossisomi. Questi sono organelli strutturalmente semplici, con una matrice granulare che ha il compito metabolico di ossidazione dei substrati come le Specie Reattive dell'Ossigeno (ROS).

Ribosomi

I ribosomi sono immersi nel citoplasma e sono le particelle responsabili della sintesi proteica, costituite da 3 molecole di rRNA e proteine che si associano a formare due subunità. Una cellula vegetale possiede 3 tipi di ribosomi: citoplasmatici, mitocondriali e plastidiali. Vengono classificati in base alla loro velocità di sedimentazione S.

Mitocondri

Sono organelli delle cellule eucariotiche in cui si osserva l’attività metabolica, quindi ricavano energia dalle sostanze di nutrimento attraverso un processo denominato "Respirazione Cellulare". La struttura dei mitocondri è uguale sia nelle cellule vegetali che animali, hanno una forma a “fagiolo” con spessore di 1 µm ed una lunghezza variabile di 1-3 µm.

Presenta due membrane, una interna ed una esterna. Nella membrana interna si colloca la catena respiratoria costituita da una matrice contenente enzimi e sistemi di trasporto la cui funzione è quella di organizzare un flusso di ioni.

Le creste mitocondriali hanno il ruolo di amplificare la superficie interna consentendo un numero maggiore di enzimi e ioni. I mitocondri hanno anche il privilegio (che condividono con i cloroplasti, presenti solo nelle cellule vegetali) di possedere una molecola di DNA autonoma rispetto la molecola di DNA presente nel nucleo. Tale DNA mitocondriale, anche detto mtDNA, si trova nella matrice interna.

Il reticolo endoplasmatico

È il compartimento più esteso e adattabile delle cellule eucariotiche. Il RE è sede della sintesi e dell’accumulo di alcune proteine di riserva, di lipidi e trigliceridi. Formato da tubuli e cisterne in continuo movimento, forma una struttura tridimensionale nel citoplasma.

Si divide in RE rugoso (con ribosomi) e liscio. Svolge un ruolo nella biogenesi di vari componenti cellulari come il vacuolo e processi ossido-riduttivi.

Apparato di Golgi

Insieme di numerose pile, costituita da una decina di cisterne sovrapposte (numero variabile in base alla differenziazione cellulare), distribuite nel citoplasma. Tramite un sistema tubulare smistano il contenuto proteico neosintetizzato al livello del RE.

I vacuoli nella cellula vegetale

Sono organelli circondati da una membrana detta tonoplasto, costituita principalmente da fosfolipidi e ricca in proteine. Nel vacuolo troviamo il “succo vacuolare” formato da diverse sostanze tra cui soluti e cristallini, con PH intorno al valore 5.0.

Sono compartimenti che svolgono diverse funzioni: omeostasi cellulare, regolazione del turgore, processi detox e gestioen delle riserve. Inoltre, è coinvolto nella risposta agli stress della pianta sia biotici che abiotici.

I plastidi

Sono organelli caratteristici deputati a processi fotosintetici e attività metaboliche, ne esistono di diversi tipi e forme.

I cloroplasti

Organuli presenti in tutti gli organismi autotrofi eucariotici, sono gli organuli in cui ha luogo la fotosintesi. Si riscontrano due doppi strati fosfolipidici. Il fluido interno al cloroplasto è chiamato stroma: contiene molti enzimi coinvolti nel metabolismo dell’organulo, granuli di amido, DNA circolare e ribosomi.

Formato da grana costituiti da sistemi membranosi discoidali chiamate tilacoidi insieme ad altri definiti tilacoidi intergranali o stomatici che creano un sistema chiuso di membrane con un’area centrale definita lume. Lo spazio che intercede tra i tilacoidi è chiamato partizione e la parte a contatto con lo stroma è detta margine. Nello spessore della membrana dei tilacoidi è presente l’apparato fotochimico deputato alla fotosintesi.

I leucoplasti

Ci riferiamo a qualsiasi plastidio privo di colore avente il compito di gestire i nutrienti in termini di riserva. In particolare, osserviamo: elaioplasti (lipidi) , proteinoplasti (proteine) e amiloplasti (amido e carboidrati).

Lazzaro Umberto

Fonti:

· Botanica generale e diversità vegetale G.Pasqua, G.Abbate, C.Forni et al.

· Botanica: fondamenti di biologia delle piante
Libro di James D. Mauseth

· https://www.agraria.org/botanica/cellula-vegetale.htm

· https://digilander.libero.it/silvanodgl3/mitocondri.htm

· https://it.wikipedia.org/

fig1: Christian Peters -- Fabelfroh, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, via Wikimedia Commons1.