LA CELLULA VEGETALE
Quasi tutti gli esseri viventi possiedono un carattere comune che è quello
di essere formati di elementi microscopici chiamati cellule. Le cellule
costituiscono quindi le pietre elementari di qualsiasi individuo. Furono
osservate per la prima volta da Roberto Hooke nel 1667 nel sughero da
tappi e furono chiamate cellule da cella perchè simili alle cellette dei favi
delle api. La loro forma è molto varia; possono essere poliedriche,
filiformi, stellate ecc.
La cellula vegetale è protetta da un involucro più o meno spesso e rigido
detto parete cellulare formata da cellulosa, che manca nelle cellule
animali. All’interno della parete cellulare rigida si trova la membrana
cellulare, formata, come tutte le membrane, da un doppio strato
fosfolipidico.
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La parete cellulare
La parete si distingue in due parti: la parete comune e la parete primaria.
La parete comune è la così detta lamella mediana. Questa lamella è
formata da pectati di Calcio e Magnesio, polimeri di carboidrati a sei atomi
di carbonio, con un grado di polimerizzazione inferiore a quello della
cellulosa, che si salificano precocemente con gli ioni Calcio e Magnesio
(Schema della struttura della parete di una cellula adulta)
del citoplasma, formando un
sale resistente e insolubile.
Questa lamella segna il confine
fra due cellule figlie ed è
comune ad ambedue; compare
all’equatore del fuso mitotico
quando la cellula si riproduce e
contemporaneamente si inizia,
ai lati di essa, la deposizione
della parete primaria delle due
cellule figlie, sottoforma di
fibrille di cellulosa. La lamella
mediana nelle cellule più
vecchie si lignifica.
Gli animali e le piante superiori
non hanno enzimi capaci di
demolire la cellulosa; essa viene
invece demolita da funghi e da
batteri. Solo i ruminanti,
ospitando nel loro apparato
digerente dei batteri, possono
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scinderla e utilizzarla.
Nella parete primaria si trovano delle proteine che contengono un
aminoacido piuttosto raro, l’idrossiprolina. All’interno della parete
primaria, quando ormai la cellula non cresce più, comincia la deposizione
della della parete secondaria.
La parete secondaria è formata da due o tre strati ben organizzati e
distinguibili al microscopio elettronico (vedi schema fig. 25: S1, S2, S3).
Questa parete è la più ricca di cellulosa.
La membrana cellulare
La membrana plasmatica costituisce la superficie esterna flessibile della
cellula, separando il suo ambiente interno dall’ambiente esterno. Si tratta
di una barriera selettiva che regola il flusso di materiale in entrata e in
uscita dalla cellula. La sua selettività aiuta a stabilire e mantenere
l’ambiente adatto allo svolgimento delle normali attività cellulari. La
membrana plasmatica svolge anche un ruolo importante nella
comunicazione fra cellule diverse e fra cellule diverse e fra le cellule e
l’ambiente che le circonda: la linfa.
Questa membrana plasmatica (vedi figura) è costituita da un doppio strato
lipidico, due strati appaiati e opposti di tre tipi di molecole lipidiche: i
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fosfolipidi, molecole di colesterolo e glicolipidi che sporgono nella linfa.
Alcune proteine (specie di ovuli nella figura) fluttuano liberamente in
questo mare di lipidi. I lipidi di membrana permettono il passaggio di
numerose molecole liposolubili, ma si comportano come una barriera per
l’entrata e l’uscita di sostanze elettricamente cariche o polari.
Nello schema riportato, i fosfolipidi sono rappresentati da una “testa” rossa
e due “propaggini” verdi. In realtà, chimicamente, sono formati da una
molecola di glicerolo che si combina con due molecole di acidi grassi e
una molecola di fosfato. Gli acidi grassi sono l’acido oleico con un doppio
legame nella sua struttura, o da acido linoleico con due doppi legami, o da
acido linolenico con tre doppi legami.
Questi doppi legami sono importanti perchè
conferiscono alla struttura della membrana maggior
flessibilità (“ginocchia”) e quindi maggior
possibilità di accogliere proteine e colesterolo.
Le due “code” di acidi grassi sono idrofobe e
quindi tendono a legarsi fra loro, mentre il fosfato è
idrofilo e si lega con l’acqua sia all’interno che
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all’esterno della membrana cellulare.
Gli acidi grassi meno insaturi sono l’oleico che forma l’olio di oliva e
l’olio di arachidi, mentre gli oli di semi come l’olio di mais e di girasole
contengono acidi grassi polinsaturi.
Gli acidi grassi poli insaturi sono conosciuti anche con il nome di omega
tre.
Per cuocere o per friggere è bene utilizzare oli poco insaturi come l’olio di
arachide.
La funzione delle proteine di membrana è quella di formare dei “pori” per
far passare le molecole ioniche, e per facilitare lo scambio fra interno e
esterno della cellula. Queste proteine svolgono un lavoro attivo nel
catturare sostanze nutritive dal liquido interstiziale e trasportarle
all’interno della cellula.
Il citoplasma
Il citoplasma è la sostanza fondamentale della cellula. Al microscopio
elettronico risulta formato da una sostanza granulare, di grandezza
omogenea per ogni cellula, formata da un intreccio o impalcatura di
sostanze proteiche (non riportate negli schemi) e di acqua; immersi in
questa impalcatura non rigida, si trovano il nucleo e gli organuli
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citoplasmatici (ribosomi, mitocondri, cloroplasti ecc.). Questa impalcatura
proteica e acquosa, oscilla tra lo stato di sol e di gel, ed è chiamata
sostanza fondamentale; quando queste proteine sono allo stato di sol sono
imbevute di acqua e le reazioni chimiche possono avvenire liberamente.
Quando per motivi patologici queste proteine perdono acqua
disidratandosi, passano allo stato di gel: le reazioni chimiche non
avvengono più e la cellula muore.
Nel citoplasma si trovano acqua (almeno il 70%), sali minerali, glucidi,
lipidi, protidi e aminoacidi dispersi in emulsione. In questa parte della
cellula avvengono molte reazioni chimiche mediate da enzimi come la
glicolisi.
Organuli citoplasmatici
Il reticolo endoplasmatico ruvido è formato da ribosomi che sono il luogo
deputato alla sintesi proteica; queste proteine sono destinate
all’inserimento nella membrana plasmatica, alla costruzione
dell’impalcatura citoplasmatica o sono destinate alla fuoriuscita dalla
cellula dei prodotti elaborati all’interno. Alcuni ribosomi si localizzano
anche all’interno dei mitocondri, dove sintetizzano proteine mitocondriali.
Questo reticolo ruvido si continua e avvolge la membrana nucleare. Le
proteine che qui si formano possono essere convertite anche in
glicoproteine e fosfolipidi.
- Il reticolo endoplasmatico liscio è una rete di sacculi o tubuli delimitati
da membrana che si estendono in tutto il citoplasma, e sintetizza acidi
grassi e steroidi, come estrogeni e testosterone; inattiva o detossifica
farmaci e altre sostanze potenzialmente dannose (nel fegato); rimuove il
gruppo fosfato dal glucosio-6-fosfato; accumula e rilascia ioni calcio che
inducono la contrazione nelle cellule muscolari.
- L’ apparato del Golgi serve a trasportare le proteine prodotte dai
ribosomi in altre parti della cellula.
- I lisosomi sono vescicole circondate da membrana che si formano a
partire dall’apparato del Golgi. Contengono oltre 60 enzimi digestivi e
idrolitici e possono distruggere la cellula una volta usciti nel citoplasma.
Gli enzimi lisosomiali possono anche collaborare al riciclo di strutture
ormai consumate dall’uso. Un lisosoma può quindi incorporare un altro
organello, digerirlo e riportare i componenti digeriti riutilizzabili nel
citoplasma. In questo modo gli organelli usurati o danneggiati vengono
continuamente sostituiti.
Gli enzimi lisosomiali possono distruggere anche l’intera cellula che li
contiene in un processo definito autolisi. L’autolisi avviene in alcune
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condizioni patologiche ed è responsabile del deterioramento tissutale che
ha luogo immediatamente dopo la morte.
- I vacuoli sono cavità tipiche delle cellule vegetali. Derivano
dall’apparato del Golgi e hanno una membrana propria. Hanno funzione di
accantonamento e di riserva.
Nelle cellule vegetali il vacuolo contiene prevalentemente: ioni minerali
(potassio, cloro, sodio, calcio, fosfato, nitrato, solfato) e sostanze
idrosolubili (monosaccaridi, disaccaridi, e trisaccaridi); metaboliti
secondari come alcaloidi (aconitina, papaverina, stricnina, morfina,
caffeina, cocaina, nicotina, colchicina ecc.), terpeni, fenoli ecc. che sono
superflui per la pianta, ma di grande utilità per la salute dell’uomo; acidi
organici (come citrico nel limone e malico nella mela), glucosidi
cardiotonici della digitale, strofanto, scilla, mughetto, e tannini; pigmenti
flavonoidi (antociani, flavoni e flavonoidi utilissimi per la salute dei
capillari sanguigni).
Nei vacuoli si
concentrano anche gli
oli essenziali, grassi,
proteine e zuccheri.
-I mitocondri sono
noti come le centrali
e n e rg e t i c h e d e l l a
cellula, poichè
generano la maggior
p a r t e d e l l ’ AT P
attraverso la
respirazione aerobica
(che richiede
ossigeno). Una
cellula può avere
centinaia o migliaia
di mitocondri a
seconda della sua
attività. Cellule attive
come quelle dei
muscoli, del fegato e
dei reni, che
consumano ATP in
grandi quantità,
hanno un numero
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elevato di mitocondri. Un mitocondrio è costituito da una membrana
mitocondriale esterna e da una membrana mitocondriale interna; entrambe
le membrane hanno una struttura simile alla membrana plasmatica. La
membrana mitocondriale interna forma dei ripiegamenti a “cresta”. La
cavità centrale del mitocondrio è definita matrice. Le complesse pieghe
delle creste garantiscono una enorme superficie a disposizione per le
reazioni chimiche che partecipano alla fase aerobica della respirazione
cellulare, le reazioni che producono la maggior parte dell’ATP cellulare. I
mitocondri si possono duplicare, processo che si verifica durante la
divisione cellulare. La sintesi di alcune delle proteine necessarie per le
funzioni mitocondriali avviene sui ribosomi presenti nella matrice
mitocondriale.
In questi organuli, come prodotti di scarto del loro metabolismo, si
producono la maggior parte dei radicali liberi che tanti danni producono
alla salute dell’uomo, della cellula stessa e quindi dell’intero organismo.
Per combattere queste molecole altamente reattive “affamate” di elettroni,
è necessario mangiare degli antiossidanti ricchi in elettroni come i frutti di
bosco e il limone e soprattutto bere acqua ionizzata basica (vedere nella
nostra home page alla sezione “l’acqua della salute in immagini”).
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LA FOTOSINTESI
Tutta l’energia consumata dai sistemi biologici deriva dall’energia solare
catturata dalla clorofilla con il processo della fotosintesi nei cloroplasti.
Le piante verdi costituiscono la principale sorgente di sostanza organica
per gli animali e per l’uomo, i quali sono incapaci di operare la sintesi di
zuccheri, grassi e proteine a partire da composti inorganici semplici come
acqua e anidride carbonica.
Possiamo quindi dire che l’uomo dipende, per quanto riguarda la vita
fisica, da un Regno vegetale in piena attività.
Le piante possono essere considerate organismi essenzialmente anabolici,
dal momento che trasformano composti a basso contenuto energetico in
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composti ad alto contenuto di energia chimica, a spese dell’energia
radiante solare.
Al contrario, gli animali e l’uomo sono organismi catabolici, vivendo a
spese dell’energia chimica accumulata nei composti organici, direttamente
o indirettamente, di origine vegetale.
Le piante verdi, tuttavia, dipendono, a loro volta, da altri esseri viventi per
la formazione di composti azotati come le proteine, non potendo utilizzare
a tale scopo l’azoto atmosferico. Questi organismi simbionti sono gli
azotobatteri presenti soprattutto nelle radici delle leguminose.
La fotosintesi avviene nei cloroplasti, che sono organelli specializzati del
citoplasma, e si trovano solo nelle piante.
Da questo disegno schematizzato dei cloroplasti, si possono notare in
giallo la membrana esterna dell’organulo, formata come abbiamo visto da
un doppio strato di molecole lipidiche, e da una membrana interna da cui
originano i tilacoidi impilati in grani contenenti clorofilla.
Nella fase diurna, la clorofilla assorbe energia luminosa che le serve per
operare la fotolisi dell’acqua, i cui elettroni entrano nel ciclo per essere
trasformati in composti ad alto potenziale energetico (ATP, NADPH).
Contemporaneamente si ha liberazione di ossigeno. Nella fase notturna in
cui le clorofille non possono catturare energia solare, con l’energia
accumulata di giorno, ATP, avviene la costruzione degli zuccheri a partire
da anidride carbonica (ciclo di Calvin).
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