BOTANICA: disciplina della biologia che
studia le forme di vita del
mondo vegetale.
In particolare studia la
anatomia, fisiologia, classificazione ed
ecologia degli organismi vegetali
Deriva dal greco βοτάνη (botane) = erba, pianta
• In passato tutto ciò che non si considerava
animale veniva considerato
"pianta“ o "vegetale"
• Attualmente, solo gli organismi pluricellulari
non-animali autotrofi fanno parte del
regno Plantae
Gli organismi autotrofi sono in grado di sintetizzare le molecole
biologiche di cui hanno bisogno utilizzando come fonte di
carbonio molecole inorganiche come anidride carbonica, e come
fonte di azoto l'ammoniaca o altri composti inorganici azotati.
• Le piante sono organismi autotrofi, sintetizzano le
proprie molecole organiche a partire da sostanze
inorganiche (da aria, acqua, terreno), utilizzando
energia del sole mediante processi di fotosintesi che
avvengono nei cloroplasti. Parte dell’energia contenuta
nel sole viene accumulata in molecole come glucosio.
In questo processo di fotosintesi si libera come
sottoprodotto della reazione ossigeno.
• sono formati da cellule eucariote, cioè da cellule
dotate di un vero e proprio nucleo (Karion = nucleo);
• Le cellule delle piante sono provviste di pareti
cellulari costituite da cellulosa
• Insieme al termine pianta si utilizza anche
quello di erba. Si considerano
erbe le piante basse con fusto verde e
non legnoso. Solitamente sono piante annuali,
ma non rare sono le specie biennali o perenni
che, dopo l'appassimento della parte aerea,
rinascono l'anno successivo grazie alla
sopravvivenza della radice in stato quiescente
durante la stagione sfavorevole.
Le piante come tutti gli altri esseri viventi vengono
“classificate” cioè identificate ed organizzate in gruppi
secondo criteri di affinità o somiglianze. Della
classificazione si occupa una specifica branca della
biologia, chiamata
SISTEMATICA.
Classificazione degli esseri viventi
Haeckel
(1894)
Tre regni
Animalia
Plantae
Whittaker
(1969)
Cinque
regni
Cavalier-Smith
(2004)
Due domini e sette
regni
Animalia
Animalia
Fungi
Fungi
Plantae
Eukaryota
Plantae
Tre domini e sei regni
Animalia
Fungi
Eukaryota
Chromista
Protista
Protista
Protozoa
Bacteria
Monera
Plantae
Protista
Bacteria
Bacteria
Archea
Archea
Prokaryota
Archaea
Specie, genere, famiglia, ordine, classe, phylum, regno, dominio
• La specie è la categoria fondamentale e serve per
identificare un particolare individuo e definire la sua
appartenenza ad un determinato gruppo.
La specie è l'insieme di tutti gli individui con caratteristiche
assai simili che, accoppiandosi, generano figli fecondi e
simili ai genitori. Viene identificata con due nomi, ad
esempio:
Vinca major L., Vinca minor, L.
ESEMPIO: asino e cavalla appartengono a specie diverse
perchè generano il mulo che è sterile (incapace di generare
figli). Nelle piante la separazione tra specie non è così netta
Fragaria virginiana
(Nord America orientale)
Fragaria ananassa
Fragaria chiloensis
(Nord America Pacifico)
incrocio spontaneo
nel XVIII secolo in
Francia
Triticale
incrocio non spontaneo
combinare la qualità del
frumento con le capacità di
adattamento all’ambiente
della segale
a) frumento
Triticum turgidum x Secale cereale
2n = 28
2n = 14
Triticale
n = 21
b) segale
c) triticale
non si possono usare i semi raccolti dalla
pianta a causa della segregazione
riassortimento ed eliminazione di parte dei
cromosomi
(vantaggio per le compagnie sementiere)
Ibridi F1–VIGORE IBRIDO
Rese molto elevate
Le altre categorie sistematiche
Genere: raggruppa specie simili tra loro, per esempio
cane e lupo appartengono al genere Canis; Quercus
suber e Quercus ilex
Famiglia: raggruppa generi simili tra loro. La volpe, il
cane e il lupo nella famiglia dei canidi; Fagaceae
Ordine: raggruppa più famiglie simili tra loro. Il cane e
il leone nell'ordine dei carnivori; Fagales
Classe: raggruppa gli ordini simili tra loro. Gli animali
che partoriscono, possiedono le mammelle per
allattare, e la pelle coperta di peli nella classe dei
mammiferi; Magnoliopsida
Phylum o Superdivisione: : raggruppa diverse classi
simili; Spermatophyta
Regno: è la categoria sistematica più ampia e
comprende più phyla. Plantae
• Dominio: Eukariota
Regno: Plantae
Sottoregno: Tracheobionta (una volta dette Tracheofite
o piante vascolari)
Superdivisione: Spermatophyta (una volta dette
Fanerogame)
Divisione: Magnoliophyta (una volta dette
Angiosperme)
Sottodivisione: Magnoliophytina (una volta dette
Dicotiledoni)
Classe: Magnoliopsida
Sottoclasse: Rosidae
Ordine: Rosales
Famiglia: Rosaceae
Sottofamiglia:Maloideae
Genere: Malus
Specie: Malus domestica Borkh., 1760
http://it.wikipedia.org/wiki/Rosaceae
• Ma che cosa hanno in comune gli esseri
viventi?
• Tutti quanti, dal più piccolo batterio alla
balena, sono costituiti da cellule
• Caratteristiche cellula ed in particolare della
cellula vegetale
• Organizzazione delle cellule a differenziarsi per
formare negli organismi pluricellulari i diversi
tipi di tessuti
• I diversi organi delle piante: fusto, foglia, radice
• La riproduzione ed il ciclo ontogenetico della
pianta
• Diversità vegetale
Le cellule sono porzioni di materia vivente, protoplasma,
delimitate da una Membrana
Nel protoplasma troviamo insieme ad acqua, macromolecole
come: DNA (Genoma= insieme dei cromosomi), RNA e il
macchinario molecolare (proteine) in grado di duplicare il DNA,
trascriverlo in RNA e successivamente tradurlo in molecole
diverse quali ad es. le proteine; a questo scopo la cellula utilizza
molecole più semplici organiche o anche inorganiche prelevate
dall’ambiente.
Le cellule si riproducono mediante Divisione.
Acqua e piccole
molecole
Acqua, macromolecole
DNA RNA e molecole più
piccole
Membrana
lipidica
La cellula è dotata di vita autonoma, capace cioè di
riprodursi, accrescersi e reagire agli stimoli che
provengono dall’ambiente esterno mantenendo
costante il proprio ambiente interno (omeostasi)
DNA, RNA, Membrana
•Riproduzione: DNA a doppio filamento
•Espressione: Informazione e Crescita
DNA
RNA
proteine
trascrizione
traduzione
•Risposta all’ambiente: Membrana
(Canali, pompe e trasportatori, endocitosi, esocitosi)
Ma per fare tutto questo occorre Energia
Molecola di scambio per energia = ATP
ma da dove viene l’energia necessaria per la cellula?
Acqua e piccole
molecole
Acqua, macromolecole
DNA RNA e molecole più
piccole
Le macromolecole si formano per
associazione di pochi tipi di
molecole più piccole.
Le macromolecole della cellula sono:
Acidi nucleici: DNA, RNA (nucleotidi)
Proteine (aminoacidi)
Carboidrati (zuccheri semplici)
I lipidi sono in genere piccole
molecole
Membrana
lipidica
I batteri e gli archea sono costituiti da un unico compartimento
Gli eucarioti invece presentano all’interno della cellula più
compartimenti.
Si ritiene che derivino dall’associazione di archea e batteri
Tutti gli esseri viventi sono costituiti da
cellule: procarioti ed eucarioti
Eucarioti:
•
•
•
•
Animali,
Piante,
Funghi,
Protisti
pluricellulari
unicellulari
Hanno dimensioni diverse; la dimensione delle
cellule è in relazione alla quantità di DNA. La
dimensione dell’organismo dipende dal numero di
cellule che costituisce l’organismo.
CELLULA
EUCARIOTI
PROCARIOTI
1 o pochi µm
PROTISTI
FUNGHI VEGETALI
ANIMALI
7-30 µm
(eccezioni: diversi cm)
20-50 µm
UNITA’ DI MISURA
μm
20 X 30 μm
20 μm
1X2 μm
1X5 μm
nm
25 nm
micron =
7 nm
10-6
m; nanometro =
10-9 nm
2 nm
E i virus?
• I virus sono parassiti obbligati delle cellule. I virus
contengono un
• unico tipo di acido nucleico (DNA o RNA)
• e qualche proteina essenziale per la duplicazione del
proprio genoma. I virus sfruttano il macchinario proteico
della cellula per duplicarsi e sintetizzare le loro proprie
proteine. I virus, ed altri elementi genetici mobili come
plasmidi, trasposoni ed altro, sono importantissimi per il
tresferimento di geni e quindi per l’evoluzione degli
organismi viventi.
• Il genoma di molti eucarioti piante ed animali consiste in
larga parte di residui inattivi di tali elementi (up to 80
percent of the genome in plants).
Batteri
Vivono in habitat molto differenziati, il DNA è organizzato in un singolo
cromosoma circolare, ma con qualche eccezione con cromosomi lineari;
inoltre contengono i plasmidi, piccoli tratti di DNA circolare
extracromosomale che si duplicano autonomamente, e codificano agenti
“difensivi”
La riproduzione è asessuata, ma la variabilità genetica è assicurata da
trasferimenti di DNA “orizzontali” tra diverse cellule e dalle mutazioni
Archei
Vivono in condizioni estreme di temperatura e pH, alte concentrazione di
zolfo o Sali, basse concentrazioni di ossigeno. Il DNA è organizzato in un
singolo cromosoma circolare. Struttura chimica della membrana e pareti
cellulari del tutto unica rispetto a batteri ed eucarioti
La riproduzione è asessuata, ma la biochimica della duplicazione cellulare è
piú simile a quella degli eucarioti che a quella dei batteri (per quanto
riguarda la struttura delle polimerasi, ad esempio); in generale, molta
parte del proteoma degli archei è affine a quello degli eucarioti
Tipi di batteri
Dominio Eukaryota
Regno Plantae
Divisione Clorophyta
Classe Ulvophyceae
Ordine Dasycladales
Famiglia Polyphysaceae
Genere Acetabularia
Lamouroux, 1812
200-300 micron
600 micron
Il lievito Saccharomyces cerevisiae. (A) microscopia a
scansione. Si divide per gemmazione. (B) microscopio
elettronico a trasmissione visibili nucleo, mitocondri, e la
parete cellulare.
Le cellule eucariotiche degli organismi sia unicellulari che
pluricellulari, presentano in aggiunta a quanto osservato
per i procarioti, una suddivisione della parte interna in più
compartimenti. I due compartimenti più importanti sono :
il compartimento citoplasmatico che contiene citoplasma
il compartimento nucleare che contiene nucleoplasma
Nel nucleo si trovano di solito più molecole di DNA di tipo filamentoso,
organizzato in “tot” cromosomi. Qui avviene, se ovviamente la cellula decide di
riprodursi, la duplicazione del DNA (in modo che le due cellule figlie che si
originano abbiano lo stesso tipo di DNA sia qualitativamente che
quantitativamente) e il passaggio di parte dell’informazione contenuta nel DNA
(il DNA codifica per le proteine)in una molecola simile (trascrizione): RNA.
RNA si porta nel citoplasma e dirige la sintesi delle proteine
(traduzione)
Il compartimento citoplasmatico è suddiviso a sua volta in
compartimenti più piccoli sempre delimitati da una o due membrane:
Apparato vacuolare: Reticolo endoplasmatico, Apparato di Golgi,
Lisosomi
Vacuolo centrale (cell. vegetali)
Mitocondri (due membrane)
Plastidi: (due membrane) Cloroplasti, Cromoplasti, Leucoplasti
Perossisomi
Tutti questi compartimenti membranosi sono immersi in una
matrice detta citosol contenente acqua, piccole molecole,
complessi proteici vari. Tra questi ultimi ricordiamo i
ribosomi e gli elementi del citoscheletro
• Il reticolo endoplasmatico provvede alla sintesi di
proteine e lipidi, l’apparato di Golgi smista questi
prodotti verso la membrana o all’esterno, i lisosomi
degradano materiale organico di tipo vario (i vacuoli
delle piante in parte assomigliano ai lisosomi), i
perossisomi degradano lipidi, li trasformano in
carboidrati e in particolare utilizzano O₂ per degradare
molecole organiche. Il citoscheletro permette i
movimenti intra ed extracellulari.
• I ribosomi sono responsabili della sintesi delle proteine
• Mitocondri e Plastidi.
Non sono connessi con gli altri organelli
Si ritiene che derivino da procarioti liberi, poi inglobati in
una primitiva cellula eucariotica (endosimbiosi).
Il batterio aerobico si trasforma così in mitocondrio
(organello semiautonomo)
Tutte le cellule eucariotiche hanno mitocondri
… Successivamente alcune di queste cellule eucariotiche
(le future cellule vegetali) inglobarono anche un batterio
fotosintetico che si trasformò in cloroplasto…e così si
formò la primitiva cellula vegetale.
