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BOTANICA : disciplina della biologia che studia le forme di vita del mondo vegetale. In particolare studia la anatomia, fisiologia, classificazione ed.

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1 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

2 In passato tutto ciò che non si considerava animale veniva considerato "pianta“ o "vegetale" Attualmente, solo gli organismi pluricellulari non-animali autotrofi fanno parte delautotrofi 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.

3 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.organismi autotrofifotosintesi sono formati da cellule eucariote, cioè da cellule dotate di un vero e proprio nucleo (Karion = nucleo);celluleeucariotenucleo Le cellule delle piante sono provviste di pareti cellulari costituite da cellulosa pareti cellularicellulosa

4 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.piantefustoverdelegnoso

5 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.

6 Haeckel (1894) Tre regni Whittaker (1969) Cinque regni Cavalier-Smith (2004) Due domini e sette regni Tre domini e sei regni Animalia Eukaryota Animalia Eukaryota Animalia Plantae Fungi Plantae Protista Chromista Protozoa Protista MoneraProkaryota Bacteria Archaea Archea Classificazione Classificazione degli esseri viventi

7 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

8 Fragaria virginiana (Nord America orientale) Fragaria chiloensis (Nord America Pacifico) incrocio spontaneo nel XVIII secolo in Francia Fragaria ananassa

9 Triticum turgidum x Secale cereale 2n = 28 2n = 14 Triticale n = 21 a) frumento b) segale c) triticale Triticale incrocio non spontaneo combinare la qualità del frumento con le capacità di adattamento all’ambiente della segale 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

10 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 Fagaceae Fagales Magnoliopsida Spermatophyta Plantae

11 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

12 Ma che cosa hanno in comune gli esseri viventi? Tutti quanti, dal più piccolo batterio alla balena, sono costituiti da cellule

13 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

14 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

15 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) Riproduzione: DNA a doppio filamento Espressione: Informazione e Crescita DNA RNA proteine trascrizione traduzione Risposta all’ambiente: Membrana (Canali, pompe e trasportatori, endocitosi, esocitosi) DNA, RNA, Membrana Ma per fare tutto questo occorre Energia Molecola di scambio per energia = ATP ma da dove viene l’energia necessaria per la cellula?

16 Acqua e piccole molecole Acqua, macromolecole DNA RNA e molecole più piccole Membrana lipidica 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

17 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

18 Tutti gli esseri viventi sono costituiti da cellule: procarioti ed eucarioti Eucarioti: Animali, Piante, pluricellulari Funghi, Protisti 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.

19 CELLULA PROCARIOTI EUCARIOTI ANIMALI VEGETALI 7-30 µm (eccezioni: diversi cm) µm 1 o pochi µm FUNGHI PROTISTI

20 UNITA’ DI MISURA μm nm 20 X 30 μm 20 μm 1X2 μm 1X5 μm 25 nm 2 nm 7 nm micron = 10-6 m; nanometro = 10-9 nm

21 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). E i virus?

22 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

23 Tipi di batteri

24 micron 600 micron DominioEukaryota RegnoPlantae DivisioneClorophyta ClasseUlvophyceae OrdineDasycladales FamigliaPolyphysaceae GenereAcetabularia Lamouroux, 1812 Lamouroux1812

25 Il lievito Saccharomyces cerevisiae. (A) microscopia a scansione. Si divide per gemmazione. (B) microscopio elettronico a trasmissione visibili nucleo, mitocondri, e la parete cellulare.

26 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

27 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)

28 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

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30 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

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32 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.


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