Ricerca e Sviluppo di Fitoterapici e Fitocosmetici Università della Calabria FACOLTA’ DI FARMACIA E SCIENZE DELLA SALUTE E DELLA NUTRIZIONE Corso di Laurea in ISFPS Ricerca e Sviluppo di Fitoterapici e Fitocosmetici

OBIETTIVI FORMATIVI Il Corso ha lo scopo di far acquisire le nozioni fondamentali riguardo a: struttura della cellula vegetale, definizione, preparazione, conservazione, screening fitochimico e biologico delle droghe vegetali. Verranno, inoltre, prese in considerazione le principali classi di principi attivi contenuti nelle droghe e la loro estrazione, separazione ed identificazione.

PROGRAMMA Definizioni di pianta officinale e medicinale, droga, principi attivi. La cellula vegetale: anatomia vegetale e sistematica. Principali tecniche di estrazione di principi attivi da piante officinali e medicinali. Principali tecniche di separazione di principi attivi da miscele a più componenti. Principali tecniche di riconoscimento a mezzo saggi chimici. Principali tecniche spettroscopiche di riconoscimento di composti naturali. Classi di composti isolati da matrici vegetali: distribuzione botanica, caratteristiche chimico-fisiche strutturali, estrazione e purificazione, caratterizzazione chimica e spettroscopica, utilizzo terapeutico di: Saponine, Terpeni, Glicosidi cardiaci, Alcaloidi, Flavonoidi, Cumarine, Tannini, Gomme e Mucillagini, Carboidrati, Acidi grassi. Principali forme farmaceutiche ottenibili con le droghe vegetali: Solide, liquide.

TESTI CONSIGLIATI Capasso - Grandolini: Fitofarmacia Capasso - De Pasquale-Morelli: Farmacognosia, farmaci di origine naturale Senatore F.: Biologia e Botanica Farmaceutica Morelli – Flamini – Pistelli: Il Manuale dell’Erborista

DEFINIZIONI Pianta medicinale Vegetale che contiene in uno o più dei suoi organi sostanze che possono essere impiegate a scopo terapeutico o come precursori in emisintesi chemiofarmaceutiche. Pianta officinale Pianta impiegata nelle officine farmaceutiche per produrre specialità medicinali; sono piante catalogate da organi ufficiali e sono in numero minore rispetto a quelle medicinali perché devono rispondere a particolari requisiti ed essere ben definite dalla Farmacopea Ufficiale. Droga Parte della pianta o suoi organi opportunamente essiccati e conservati in cui è maggiore la quantità di principi attivi. Estratto vegetale Preparazione che risulta dall’evaporazione parziale o totale di soluzioni ottenute esaurendo droghe fresche o essiccate con solventi idonei ad asportare i principi attivi.

PRINCIPALI COMPONENTI DELLE DROGHE VEGETALI PRINCIPIO ATTIVO molecola che, introdotta nell’organismo, è in grado di produrre modificazioni di una o più funzioni della cellula vivente come conseguenza di azioni chimiche o chimico-fisiche. FITOCOMPLESSO entità biochimica complessa che rappresenta l’unità farmacologica integrale della pianta medicinale. Le operazioni di preparazione delle forme farmaceutiche ottenibili dalle piante medicinali, devono mirare a conservare intatto il “FITOCOMPLESSO”. Sinergia fitochimica si manifesta nella droga per la presenza di molte altre molecole che singolarmente non sono dotate di specifica azione farmacologia, ma interagendo con il principio attivo ne modulano l’attività farmacologia ed interferiscono con la sua farmacocinetica.

Acidi nucleici, proteine, grassi, Metaboliti primari Specie chimiche essenziali per la sopravvivenza degli organismi viventi, la cui distribuzione è pressochè ubiquitaria. Acidi nucleici, proteine, grassi, carboidrati

Steroidi, terpeni, cumarine, alcaloidi, flavonoidi, iridoidi, etc Metaboliti secondari Composti organici di origine naturale, specifici di un organismo o comuni a un piccolo numero di organismi strettamente correlati, che giocano un ruolo prominente nella coesistenza e coevoluzione delle specie. Steroidi, terpeni, cumarine, alcaloidi, flavonoidi, iridoidi, etc PRINCIPI ATTIVI

IMPORTANZA DEI METABOLITI SECONDARI Proprietà biologiche: campo farmaceutico; campo para-farmaceutico (es. dolcificanti); campo alimentare e liquoristico; insetticidi ecologici. Interesse chemiotassonomico: la chemiotassonomia si occupa della classificazione delle piante sulla base dei loro metaboliti secondari. Ruolo biologico negli organismi produttori: attraenti sessuali: bombycolo, cis-verbenolo… stimolanti dell’appetito, anoressanti, repellenti, tossine; difesa ed allarme: saponine, etc; sviluppo, metamorfosi, inibizione della crescita.

RUOLO DEL METABOLISMO SECONDARIO PROCESSO DI STRARIPAMENTO i metaboliti secondari sono sintetizzati in presenza di uno stress o di una condizione anomala per ridurre la concentrazione di normali costituenti cellulari. PROCESSO DI ELIMINAZIONE in organismi meno evoluti l’eliminazione dei prodotti tossici potrebbe avvenire attraverso la sintesi di sostanze secondarie e la loro segregazione nei vacuoli. PROCESSO DI DETOSSIFICAZIONE in presenza di concentrazioni abnormi di intermedi del metabolismo primario questi verrebbero indirizzati alla sintesi di metaboliti secondari espulsi nell’ambiente o nei secreti.

RUOLO DEL METABOLISMO SECONDARIO PROCESSO DI CONSERVAZIONE DI UN METABOLISMO BASALE IN CONDIZIONI ALTERATE: il metabolismo secondario servirebbe ad assicurare un metabolismo basale quando i normali substrati per riduzione dei nutrienti non possono essere usati per la crescita o la replicazione. PROTEZIONE DALL’ATTACCO DI PARASSITI RISPOSTA AD UNA SFIDA ECOLOGICA: i metaboliti secondari sono fondamentali per la selezione della specie, per l’evoluzione, in relazione al fatto che i molti metaboliti secondari determinano risposte biologiche e fisiologiche in altri organismi.

I MATTONI BIOSINTETICI I mattoni biosintetici per i metaboliti secondari derivano da metabolti primari. Il numero di mattoni biosintetici necessari è sorprendentemente piccolo; i mattoni biosintetici di gran lunga più importanti nella biosintesi di metabolti secondari derivano da: Acetil coenzima A (acetil-CoA); Acido scikimico; Acido mevalonico. Oltre che all’cetil-CoA, l’acido scikimico e l’acido mevalonico, nella sintesi delle sostanze naturali sono spesso usati altri mattoni biosintetici basati su amminoacidi come ornitina, lisina. I metaboliti secondari possono essere sintetizzati combinando molti mattoni biosintetici dello stesso tipo, oppure usando una miscela di mattoni biosintetici diversi.

I MATTONI BIOSINTETICI ACETIL-COENZIMA A (ACETIL-CoA) utilizzato nella via dell’acetato L’acetil-CoA si forma per decarbossilazione ossidativa dell’acido piruvico, che è il prodotto finale della via glicolitica, ed è anche prodotto dalla b-ossidazione degli acidi grassi, con un processo inverso a quello della loro sintesi, che parte appunto dall’acetil-CoA. Importanti metaboliti secondari prodotti dalla via dell’acetato includono Fenoli, prostaglandine e antibiotici macrolidici, oltre ad una gamma di Acidi grassi e loro derivati al confine tra metabolismo primario e secondario.

I MATTONI BIOSINTETICI ACIDO SCIKIMICO utilizzato nella via dello scikimato L’acido scikimico è prodotto da una combinazione di fosfoenolpiruvato, un intermedio della via glicolitica, ed eritrosio-4-fosfato, proveniente dalla via del pentoso fosfato. La via dello scikimato porta ad un’ampia gamma di fenoli, derivati dell’acido cinnamico, lignani ed alcaloidi.

I MATTONI BIOSINTETICI ACIDO MEVALONICO utilizzato nella via del mevalonato L’acido mevalonico è formato da tre molecole di acetil-coenzima A, ma la via del mevalonato trasforma l’acetato in una serie di composti del tutto diversi da quelli prodotti dalla via dell’acetato. La via del mevalonato è responsabile della biosintesi di un’ampia gamma di metaboliti terpenici e steroidici.

FITOTERAPIA Pratica terapeutica che si avvale di prodotti medicinali la cui sostanza attiva è costituita esclusivamente da una droga o da una preparazione vegetale. Le sostanze attive vegetali si distinguono per essere delle miscele complesse di composti chimici (fitocomplessi) e non da singoli composti chimici come avviene nel caso della maggioranza dei farmaci attualmente in uso (farmaci monomolecolari); da ciò deriva che i farmaci vegetali possiedono delle caratteristiche terapeutiche proprie che derivano sia dalla contemporanea presenza di composti con attività biologiche individuali distinte, sia da interazioni che possono avvenire fra questi composti. Il fitocomplesso esercita un’azione farmacologica che è diversa da quella di ciascuno dei singoli composti che lo costituiscono.

dal tedesco “trocken”, che vuol dire secco, consiste in una pianta o in una determinata parte di una pianta (foglia, fiore, tutta la parte che affiora dal suolo, la radice, il frutto, ecc.) raccolta nel periodo conveniente della stagione (tempo balsamico), sottoposta o meno ad opportuni processi di essiccamento e frantumata. DROGA In alcuni casi, i principi farmacologicamente attivi non sono presenti nella pianta, ma si formano attraverso reazioni chimiche che sopravvengono all’atto dell’essiccamento attuato nel processo di preparazione della droga. Le droghe, in un numero limitato di casi, possono essere somministrate come tali dopo essere state finemente polverizzate e incluse in una forma farmaceutica (compressa o capsula) eventualmente assieme ad adatti eccipienti.

NORME REGOLATRICI RIGUARDANTI I PRODOTTI MEDICINALI VEGETALI IN ITALIA E NELLA COMUNITÀ EUROPEA Principali requisiti per i prodotti farmaceutici: QUALITÀ: gli ingredienti che lo costituiscono, compresa la sostanza attiva, devono essere effettivamente quelli dichiarati dal produttore (identità), non devono contenere impurezze in quantità superiori rispetto a standards prestabiliti (purezza) e le quantità di sostanza attiva contenute devono essere tali da assicurare l’effetto terapeutico richiesto (potenza).

NORME REGOLATRICI RIGUARDANTI I PRODOTTI MEDICINALI VEGETALI IN ITALIA E NELLA COMUNITÀ EUROPEA SICUREZZA alle dosi e nelle condizioni d’uso prescritte, i benefici attesi dalla sua somministrazione sono superiori ai rischi tossici. EFFICACIA l’esistenza dei benefici attesi dalla sua somministrazione è stata dimostrata in una ampia popolazione di pazienti. Risulta facilmente intuibile che dalla qualità di un prodotto dipendono in una certa misura la sua sicurezza e la sua efficacia.

LA CELLULA VEGETALE La cellula è l’unità funzionale e strutturale biologica di base di ogni essere vivente, sia esso unicellulare o pluricellulare. La cellula fu osservata per la prima volta da Robert Hooke nel 1667 in un pezzetto di sughero e fu chiamata cellula da “cella” per la forma di celletta.

Cellule Procariotiche ed Eucariotiche - CELLULE EUCARIOTICHE e quindi tra -ORGANISMI PROCARIOTICI -ORGANISMI EUCARIOTICI Questi termini derivano dalla parola greca karion che significa “nucleo”. Procariote significa “con un nucleo primitivo”. Eucariote significa “con un vero nucleo”.

ORGANISMI PROCARIOTICI I Procarioti sono rappresentati dai batteri, compresi i cianobatteri, chiamati anche alghe azzurre. Le cellule Procariotiche differiscono notevolmente da quelle Eucariotiche per il fatto che il loro DNA non è organizzato in complessi cromosomici (contenenti proteine) simili a corpi filamentosi e non è circondata da un involucro membranoso. Inoltre non hanno organelli specializzati atti a compiere funzioni specifiche.

Organismi Eucariotici Questi tipi di organismi si sono evoluti successivamente agli organismi procariotici. Gli attuali organismi viventi sono gran parte Eucariotici. Le cellule Eucariotiche sono generalmente più grandi di quelle Procariotiche. Le cellule Eucariotiche sono organizzate in compartimenti distinti, che svolgono differenti e specifiche funzioni. Il DNA, associato a proteine, è localizzato nei cromosomi che sono contenuti nel nucleo. Questo è circondato da una particolare membrana chiamata involucro nucleare.

Caratteristiche della cellula vegetale Le cellule vegetali hanno forme molto varie. Se sono isolate (individui unicellulari) possono essere sferiche, ovoidali o allungate. Se, invece, sono aggregate ad atre cellule (individui pluricellulari) possono essere poliedriche, ovoidali, stellate o cilindriche. Una cellula vegetale media ha dimensioni fra i 50 e 100 µ.

Organizzazione della cellula vegetale Parete Cellulare esterna che contiene il Protoplasto. Il protoplasto si compone di due parti: - la membrana esterna che costituisce la membrana plasmatica. - il citoplasma.

La membrana plasmatica La membrana plasmatica o plasmalemma delimita il citoplasma ed svolge la funzione di presiedere a tutti gli scambi, interno-esterno e viceversa, che ha la cellula con l’ambiente esterno. La membrana plasmatica, secondo un modello oggi universalmente accettato, è costituita da un doppio strato lipidico fluido in cui è inserito un mosaico di proteine, che sono in costante movimento, da cui il nome di modello di membrana a mosaico fluido.

La membrana plasmatica Molte proteine di membrana attraversano tutto il doppio strato lipidico e sporgono da ambedue i lati. Tali proteine prendono il nome di PROTEINE TRANSMEMBRANA. Proteine integrali Proteine periferiche in cui la parte racchiusa nello strato lipidico è idrofoba, mentre le parti sporgenti sono idrofile. I principali componenti dello strato lipidico sono: Fosfolipidi (in maggior quantità); Steroli.

IL CITOPLASMA Era considerato in passato una sostanza semifluida, costituita prevalentemente da acqua e numerose proteine enzimatiche, chiamata CITOSOL. In realtà possiede una struttura fibrillare, in cui sono presenti la maggior parte degli organuli specializzati citoplasmatici. Questa parte del citoplasma esplica delle funzioni molto importanti; ad esempio è sede di molte reazioni enzimatiche, come la glicolisi o la sintesi degli acidi grassi.

Reticolo Endoplasmatico E’ un complesso sistema tridimensionale di membrane che corrono appaiate le une sulle altre determinando un sistema di cisterne piatte e tubuli. Esistono due tipi di Reticolo: Uno alla cui superficie sono associati numerosi ribosomi, detto Reticolo Rugoso (RER); Uno a cui non sono associati i ribosomi, detto Reticolo Liscio (REL). I RIBOSOMI sono organuli che si trovano molto spesso in gran numero nella cellula. Sono responsabili della sintesi proteica, in particolare dell’assemblaggio dei diversi amminoacidi. Spesso in caso di attiva sintesi proteica appaiono uniti a formare di polisomi.

Reticolo Endoplasmatico Il RER ha come funzione fondamentale la sintesi di proteine. Il REL è implicato nella sintesi di e/o assemblaggio di sostanze lipidiche, fosfolipidiche, in particolare, ed anche nel trasporto di materiali in zone diverse della cellula.

APPARATO DI GOLGI E’ costituito da pile di sacchi appiattiti, limitati da membrane e circondati da tubuli e da altre vescicole. La funzione principale dell’apparato di Golgi è di ricevere le vescicole provenienti dal RE, di modificare le membrane e i contenuti delle vescicole e di inglobare i prodotti finali in vescicole di trasporto che convogliano questi prodotti in altre parti della cellula. E’ un centro di immagazzinamento e di distribuzione.

NUCLEO Ha una forma rotondeggiante ed è l’organulo di maggiori dimensioni della cellula. Il nucleo è costituito da DNA e numerose proteine, dette istoni. Contiene, quindi, l’intero patrimonio genetico di tutto l’organismo, a cui appartiene quella determinata cellula. DNA e proteine sono uniti in lunghissimi filamenti che si spiralizzano in dense spire e costituiscono i cromosomi.

La CELLULA VEGETALE, oltre agli organuli sopradescritti, ha anche alcuni organuli caratteristici, quali: - Plastidi; - Parete; - Vacuolo.

I PLASTIDI Si differenziano da organuli presenti nelle cellule ancora indifferenziate del tessuto meristematico che prendono il nome di proplastidi. Con la differenziazione del tessuto meristematico in tessuto adulto si ha anche la differenziazione dei proplastidi che diventeranno: - nelle parti verdi della pianta, plastidi che hanno la funzione di svolgere la fotosintesi, cioè CLOROPLASTI; - negli organi di riserva, tipo radici, semi dei plastidi di riserva, LEUCOPLASTI detti anche AMILOPLASTI; - infine i CROMOPLASTI contengono pigmenti e sono associati ai colori giallo e arancione tipico dei frutti, dei fiori, delle foglie autunnali.

VACUOLO Nella cellula vegetale di solito è presente un unico grande vacuolo, che occupa la maggior parte del volume citoplasmatico. Esso è delimitato da un’unica membrana lipoproteica (tonoplasto) e contiene all’interno acqua e sostanze varie, sia organiche sia inorganiche, che nell’insieme prendono il nome di Succo Vacuolare. Il Vacuolo può avere funzione di riserva; al suo interno possono, infatti, trovarsi proteine e zuccheri; inoltre può avere funzione di demolire riserve (contiene enzimi capaci di idrolizzare le sostanze di riserva).

CENNI DI ISTOLOGIA VEGETALE L’istologia vegetale è la scienza che tratta i tessuti delle piante, cioè come le cellule, acquisendo particolari caratteristiche strutturali, si organizzano tra loro per assolvere alle varie funzioni necessarie per la vita della pianta.

TESSUTI MERISTEMATICI I tessuti meristematici hanno il compito di produrre nuove cellule e di aggiungerle al corpo della pianta. Tali tessuti possono essere raggruppati in base alla loro posizione nella pianta in: - meristemi apicali, situati all’apice del fusto e della radice. - meristemi laterali, situati parallelamente alla superficie degli organi in cui si vengono a trovare. - meristemi intercalari.

MERISTEMI Meristemi apicali le cellule di questi meristemi hanno forma poliedrica e spazi intercellulari assenti o ridotti. Il citoplasma è ricco di ribosomi, con vacuoli molto piccoli, mitocondri provvisti di poche creste. Il nucleo è piuttosto voluminoso. Meristemi laterali le cellule di questi meristemi derivano da cellule già differenziate che riprendono a dividersi. Meristemi intercalari questo termine è utilizzato per indicare cellule che si dividono attivamente in posizione lontana dal meristema apicale.

MERISTEMI Una classificazione, ancora più comunemente usata, distingue i meristemi in: Meristemi primari meristemi che derivano direttamente dalle cellule meristematiche dell’embrione; Meristemi secondari meristemi che derivano da cellule adulte che riacquistano successivamente proprietà meristematiche.

TESSUTI ADULTI I tessuti adulti derivano dalla differenziazione dei tessuti meristematici. Presentano cellule notevolmente più grandi di quelle dei tessuti meristematici, in quanto esse hanno subito il processo di distensione. Una classificazione dei diversi tessuti adulti di una pianta è quella basata sulla continuità topografica dei tessuti stessi. Su questa base in una pianta possono essere riconosciuti tre sistemi fondamentali: - sistema tegumentale - sistema conduttore - sistema fondamentale

Tra i tessuti fondamentali ricordiamo: TESSUTO FONDAMENTALE Tra i tessuti fondamentali ricordiamo: IL PARENCHIMA In base alle attività fisiologiche che assolvono, si possono distinguere diversi tipi di parenchima: - parenchima clorofilliano, - parenchima di riserva, - parenchima conduttore, ecc..

Il Parenchima Il parenchima è il tessuto più diffuso nella pianta. Esso esplica tutte le attività metaboliche: dalla fotosintesi, alla riserva, alla respirazione, alla sintesi delle proteine e di tutte le altre molecole necessarie alla vita della pianta. Inoltre, esercita funzioni di sostegno per fusti e foglie di piccole dimensioni.

PARENCHIMA CLOROFILLIANO E’ un parenchima che contiene numerosi cloroplasti ben differenziati, particolarmente adatto a svolgere la fotosintesi. E’ presente in tutte le parti verdi della pianta: fusti giovani e foglie.

PARENCHIMA DI RISERVA E’ un parenchima formato da grosse cellule con pareti sottili, in cui sono presenti numerosi granuli di amido, oppure il vacuolo si riempie di zuccheri o proteine. E’ caratteristico di semi, frutti carnosi, radici e fusti, particolarmente quelli trasformati, quali tuberi, bulbi, ecc.

PARENCHIMA CONDUTTORE E’ formato da cellule allungate disposte le une sulle altre senza spazi intercellulari. Si trova nei fusticini e nelle foglioline, trasporta acqua, sali minerali e sostanze organiche.

TESSUTI TEGUMENTALI Sono tessuti di protezione, che rivestono tutta la superficie esterna della pianta e che regolano gli scambi gassosi tra l’interno e l’esterno. Tali tessuti difendono la pianta dall’essiccamento, dall’azione degli agenti atmosferici e dall’attacco dei parassiti. Del sistema tegumentale fanno parte: - tessuti che rivestono la parte aerea della pianta (epidermide e sughero); - tessuti della radice (rizoderma, esoderma ed endoderma).

Riveste tutti gli organi verdi della pianta: i fiori e i frutti. EPIDERMIDE Riveste tutti gli organi verdi della pianta: i fiori e i frutti. E’ costituita da cellule di forma variabile con pareti celluloso-pectiche che a contatto con l’ambiente sono impermeabilizzate grazie alla cutina. La cutina è una sostanza cerosa idrofoba presente in maggior quantità all'interno della cuticola protettiva che ricopre le parti esterne dei tessuti tegumentari delle piante, prevenendone la disseccazione. È una macromolecola formata da acidi grassi a lunga catena con gruppi alcolici legati gli uni agli altri attraverso legami estere. Le due famiglie di acidi grassi in essa contenute sono tipicamente lipidi a catena C16 (acido palmitico) saturi e lipidi a catena C18 saturi (acido stearico) o monoinsaturi (acido oleico).

EPIDERMIDE L’epidermide presenta inoltre delle appendici costituite dai tricomi o peli. Essi possono essere di rivestimento e ghiandolari. I primi hanno funzione di protezione; I secondi hanno la funzione di immettere nell’ambiente particolari sostanze (metaboliti). Peli ghiandolari

RIZODERMA Ha la funzione di assorbire l’acqua ed i soluti circolanti nel terreno, grazie alla presenza di estroflessioni costituite dai peli radicali.

SUGHERO E’ un tessuto tegumentale che costituisce l’epidermide negli organi che hanno accrescimento secondario. Questo tessuto è caratterizzato dalla mancanza di scambi con l’esterno, risultando impenetrabile all’acqua e ai gas e costituendo così uno strato isolante.

SISTEMA CONDUTTORE E’ costituito da tessuti che hanno il compito di trasportare acqua, ioni inorganici e molecole organiche da una parte all’altra della pianta. Il trasporto dell’acqua e degli ioni inorganici avviene dalla radice (dove sono assorbiti) alle parti aeree della pianta, mentre le sostanze organiche, elaborate a livello delle foglie, vengono poi distribuite a tutte le altre parti della pianta. Si parla quindi di: tessuto legnoso e tessuto cribroso.

Tessuto vascolare o legnoso o xilema In questo tessuto avviene  il trasporto dell’acqua e delle sostanze inorganiche contenute nel terreno dalla radice alla foglia. Le cellule  che compongono il tessuto vascolare sono allungate e sovrapposte a formare lunghe file chiamate vasi.

Tessuto vascolare o legnoso o xilema Le singole cellule possiedono una parete ispessita in modo non uniforme e caratteristico. Questi ispessimenti possono essere anulati, spiratati, doppiamente spiratati, reticolati e scalariformi. A volte la parete risulta quasi completamente ispessita. I vasi conduttori si possono distinguere in vasi chiusi e aperti. I vasi chiusi sono costituiti da elementi morti che conservano tutte le pareti trasversali. I vasi aperti sono costituiti da elementi conduttori che hanno perso pareti trasversali.

Tessuto conduttore o cribroso o liberiano In questo tessuto avviene il trasporto delle soluzioni delle sostanze organiche, sintetizzate con l’attività fotosintetica, dalla foglia a tutti gli altri tessuti della pianta. Gli elementi cribrosi allungati e sovrapposti in lunghe file, formano i tubi cribrosi. Le pareti trasversali del tubo cribroso presentano particolari ispessimenti, chiamati placche cribrose. Le cellule cribrose hanno placche distribuite su tutte le pareti, e fittamente perforate da porocanali.

Cenni di Anatomia Vegetale L’Anatomia vegetale studia l’organizzazione delle piante al loro interno, cioè come sono disposti i diversi tessuti ed i rapporti che vengono a crearsi fra essi; rappresenta il primo passo per la conoscenza delle piante e costituisce la base per tante altre branche della botanica come possono essere ad es. la sistematica o la fisiologia.

Il FIORE

Il FIORE Il Fiore è un organo esclusivo delle Angiosperme (piante a fiori) che contiene l'apparato riproduttore della pianta (androceo e/o gineceo). Generalmente le piante superiori hanno fiori ermafroditi, in cui sono presenti contemporaneamente organi maschili e organi femminili, ma in alcuni casi i sessi sono separati; infatti, le piante dioiche (ortica, luppolo, salice) portano fiori maschili e femminili su piante diverse e le piante monoiche (mais, cocomero asinino) portano i fiori di ambo i sessi sulla stessa pianta.

Struttura del Fiore Il fiore è un germoglio particolare costituito da foglie modificate; è collegato al ramo per mezzo di un peduncolo e all'apice termina con una parte allargata, detta ricettacolo.

Struttura del Fiore Su di esso sono inserite numerose appendici specializzate, formate da foglie modificate, (antofilli) che nei fiori più evoluti sono disposte in anelli (verticilli) concentrici (fiore ciclico), mentre in quelli più primitivi hanno una conformazione a spirale (fiore aciclico); se sono disposte in parte in verticilli e in parte a spirale i fiori saranno emiciclici (fragola). A seconda della loro specializzazione gli antofilli sono sterili o fertili.

Procedendo verso l'interno del fiore si incontra l'androceo (apparato maschile dei fiori), formato da: stami, costituiti da lunghi filamenti sormontati dalle antere che presentano 4 cavità o sacche polliniche riunite a due a due a formare le teche o logge, piene di granuli pollinici, che al loro interno conservano i gameti maschili. Accanto agli stami fertili possono esser presenti anche stami sterili, che assumono funzioni spesso di richiamo degli insetti. Nei fiori impollinati da insetti spesso sono presenti i nettari, che sono strutture atte a contenere il nettare.

Il FIORE I filamenti sono le parti sterili dello stame, possono essere molto larghi, corti o addirittura mancare; in questo caso le antere sono sessili. In genere sono filiformi, ma possono essere anche grossi, petaloidi e provvisti di appendici.

LE ANTERE Le antere sono le parti fertili dello stame, generalmente formate da due teche, ma a volte possono essere costituite da una sola teca (Malvaceae) o anche tre (Megatritheca, Sterculiaceae). Le teche sono unite tra loro dal connettivo. A seconda di come il filamento si inserisce nell’antera essa può essere: - basifissa (Solanum), - dorsifissa (Graminaceae), - apicifissa (Bignoniaceae). Dopo la maturazione dei granuli di polline si produce la deiscenza, che consiste nell’apertura dell’antera per far uscire il polline. Questa apertura può essere apicale, trasversale o longitudinale. Il tessuto responsabile si chiama endotecio.

A seconda del numero degli stami il fiore si dice: - isostemone, se il numero degli stami è uguale a quello delle divisioni della corolla; - anisostemone, se il numero degli stami non è uguale a quello delle divisioni della corolla; - meisostemone, se il numero degli stami è minore di quello dei petali; - pleiostemone, se il numero degli stami è maggiore di quello dei petali; - diplostemone, se il numero degli stami è il doppio di quello dei petali; - polistemone, se gli stami sono più del doppio dei petali.

IL GINECEO Il gineceo è formato dalle foglie carpellari o carpelli, sopra i quali si producono gli ovuli, che contengono i gameti femminili. Nel gineceo si possono distinguere differenti parti. - Ovario: cavità che racchiude gli ovuli. - Stilo: parte sterile più o meno grande che serve come una "canna" dove si depositano i granuli di polline. - Stigma: cavità superiore allo stilo. Il carpello, dal greco karpos (frutto), è una foglia modificata con funzione riproduttiva.

GINECEO: l’ovario L’ovario, che contiene i gameti femminili detti ovuli, è la parte basale del gineceo ed è formato da uno a numerosi carpelli (macrosporofilli) liberi o saldati fra di loro che contengono gli ovuli (macrosporangi) entro cui si formerà la cellula uovo (macrospora). A seconda della sua posizione può essere: - infero (fiore epigino), se gli altri elementi fiorali sono posti superiormente ad esso, - supero (fiore ipogino), se gli altri elementi fiorali sono posti inferiormente ad esso, - semi-infero (fiore perigino), se la sua posizione è intermedia.

GINECEO: lo stilo Lo stilo è formato da un prolungamento, generalmente più sottile, della parte superiore del carpello, di forma generalmente cilindrica. Ha al suo interno i tubetti pollinici che dallo stigma si allungano verso l’ovario.

GINECEO: lo stigma Lo stigma (o stimma), posto all'estremità dello stilo e da questo sostenuto, ha la funzione di ricevere e trattenere i granuli di polline. In un solo fiore possono essere presenti più stigmi e se lo stilo non si sviluppa lo stigma è sessile. Nelle piante impollinate dal vento gli stigmi hanno spesso forma allungata, piumosa e sporgente dal fiore (per facilitare la cattura del polline disperso nell’aria). Le piante impollinate da insetti hanno al contrario, stigmi a bottoncino o a coppa rivestiti di sostanze zuccherine e vischiose che fungono da collante nei confronti del polline.

Se i carpelli restano separati e liberi tra loro, ogni carpello forma un ovario e per ogni fiore ci sono molti pistilli il gineceo è apocarpico, se sono saldati tra loro è sincarpico e formano un unico ovario pluriloculare o monoloculare. Il gineceo monocarpico è formato da un unico pistillo costituito da un unico carpello.

IL PERIANZIO E IL PERIGONIO Il perianzio è formato dai verticilli fiorali più esterni (calice e corolla). Considerando la presenza o assenza di questi verticilli il fiore può essere: - Aclamidato (o nudo) quando manca il calice e la corolla (salice, frassino). - Clamidato (o vestito) se è fornito da almeno uno dei suddetti verticilli, ed in tal caso può essere: - Monoclamidato se nel fiore è presenta il solo calice (Urticaceae). - Diclamidato se presenta entrambi i verticilli (perianzio).

IL PERIANZIO E IL PERIGONIO Se tutte le foglie perianziali sono disuguali, il fiore si dice eteroclamide. In tal caso il verticillo o i verticilli più esterni, sono chiamati sepali e costituiscono il calice. Il verticillo o i verticilli più interni costituiscono la corolla e i singoli elementi vengono chiamati petali. Se tutte le foglie perianziali non sono molto diverse per forma, colore e funzione il perianzio prende il nome di perigonio, e i singoli pezzi del perianzio quello di tepali.

IL CALICE Il verticillo più esterno è detto calice e in genere è formato da una serie di sepali generalmente verdi che proteggono la gemma fiorale prima che il fiore sbocci. Se i sepali sono liberi fra loro, il calice si dice dialisepalo o polisepalo (lino, rosa); se uniti, anche per un breve tratto, si dice invece gamosepalo (primula, mughetto, datura). Nel calice gamosepalo si possono distinguere 3 elementi: il tubo che è la parte dove i sepali restano uniti, la gola che è la parte dove si separano il lembo che è la porzione libera formata dai lobi.

COROLLA La corolla è costituita dai petali, che nella maggior parte dei casi sono colorati vivacemente. Ogni petalo è formato da un’unghia, porzione ristretta che si inserisce sul ricettacolo, e un lembo o lamina, porzione espansa, che può essere intera o più o meno incisa. Se i petali sono liberi tra loro fino dalla base la corolla è dialipetala. Se, invece, i petali sono saldati fra loro la corolla è gamopetala.

LE INFIORESCENZE

LE INFIORESCENZE La parte floreale di una pianta può essere composta da un unico fiore oppure da un'insieme di infiorescenze che si diramano da un unico peduncolo. Le infiorescenze sono diverse: grappoli, ombrelle, cime, capolini ed a volte sono miste. Si dividono in due gruppi principali: le racemose o indefinite, e le cimose o definite; e possono essere semplici o composte.

LE INFIORESCENZE Le Infiorescenze racemose semplici il racemo o grappolo è un'infiorescenza formata da un asse principale che si allunga e forma, lateralmente e a intervalli regolari, fiori peduncolati; generalmente non porta fiori terminali. l'ombrella è formata da un asse principale dal quale si diramano radialmente peduncoli di uguale lunghezza chiamati raggi, con fiori disposti a ombrella. il capolino, è formato da tanti piccoli fiori raccolti in un ingrossamento del peduncolo detto ricettacolo.

LE INFIORESCENZE Le Infiorescenze cimose semplici Sono le infiorescenze in cui l'asse principale con i rami laterali ha un accrescimento limitato alla produzione di un fiore. cima unipara, quando si forma, sotto l'asse principale terminante con un fiore, un solo ramo laterale, che produce a sua volta un fiore e qui arresta la crescita; contemporaneamente si produce, sotto l'asse di secondo ordine, un altro ramo e così via; cima scorpioide, se i rami si formano tutti sul medesimo lato; cima elicoide, se i rami seguono l'uno all'altro in modo alterno.

LE INFIORESCENZE Le Infiorescenze composte I tipi principali di infiorescenze composte sono: la pannocchia (o grappolo o racemo composto), in cui si inseriscono lungo l'asse principale, invece di singoli pedicelli fiorali, assi laterali ramificati a racemo; l'antela, simile alla pannocchia ma con rami più lunghi dell'asse che lo regge; la cima ombrelliforme o ombrella composta, simile a un'ombrella dove i raggi sono costituiti da grappoli.

LA RADICE

LA RADICE La radice deriva dalla radichetta embrionale ed è conservata, in genere, per tutta la durata della vita della pianta. Nella radice si riconosce una zona meristematica, una zona di distensione ed una zona di struttura primaria, caratterizzata dalla presenza di peli radicali.

LA RADICE La radice principale è formata da: colletto è il punto di inizio della radice. asse è la radice principale dove si ramificano tutte le altre radici secondarie. zona pilifera. - Pileoriza (rivestimento cellulare che protegge l'estremità di una radice).

Il tipo più frequente di radice è quella a fittone, cioè una radice principale da cui si dipartono le radici laterali, che però non superano in lunghezza la principale. In alcuni casi si possono formare radici avventizie, cioè radici originate dal fusto; queste possono svilupparsi naturalmente o in seguito a ferite, traumi.

La tuberizzazione è la modificazione che la radice subisce con funzione di riserva di un organo e quindi la formazione di abbondante parenchima di riserva. Il tubero per antonomasia è la patata.

IL FUSTO

Cormofite Gruppo di piante comprendente tutte le varietà vegetali caratterizzate da un corpo cellulare, il cormo, suddiviso in organi specializzati, quali radici, fusto e foglie. Tallofite Le cormofite si contrappongono alle tallofite, le piante inferiori caratterizzate da un corpo vegetativo estremamente semplice, non organizzato in tessuti e organi complessi. Sono cormofite tutte le piante vascolari, dette complessivamente tracheofite.    

Il Fusto o Caule Una delle prime esigenze che le Cormofite hanno dovuto affrontare per poter fruire in modo ottimale dell’azione dei raggi solari, necessari alla fotosintesi clorofilliana, è stata quella di svilupparsi in altezza. A questo scopo provvede il fusto o caule che è originato dalla gemma apicale (o caulinare) dell’embrione e che rappresenta la parte assiale del cormo.

Il Fusto o Caule Il fusto è l'organo fondamentale delle piante vascolari, nasce dal prolungamento della radice, generalmente porta rami, foglie e gemme che nascono in zone precise, chiamate nodi, e che sono separate da spazi detti internodi.

Il Fusto o Caule Ramificazione monopodiale: Ramificazione simpodiale: quando l'asse principale continua l'accrescimento, emettendo rami laterali subordinati ad esso (come nelle conifere). Ramificazione simpodiale: quando cessa l'attività della gemma terminale e uno o più rami laterali si sviluppano maggiormente (dicotiledoni, castagno ecc.).

Il Fusto o Caule Il fusto ha essenzialmente funzioni: - di sostegno delle foglie e delle altre strutture della pianta - di conduzione dell’acqua e delle sostanze nutritive attraverso i vasi del tessuto vascolare, che sono disposti verticalmente e che dalla radice si estendono sino alle foglie.

I fasci vascolari prendono il nome di: xilema o legno, tessuto conduttore morto formato da vasi e fibre e che ha funzione di trasporto della linfa grezza (ascendente) e di sostegno, floema (o libro o cribro), tessuto conduttore vivo formato da cellule sovrapposte che formano i "tubi cribrosi" che hanno la funzione di trasportare la linfa elaborata dalle foglie in tutte le direzioni.

IL FRUTTO

Composizione e struttura del Frutto Il Frutto nel suo insieme ha origine dal gineceo (ovario). Il Pericarpo è l’involucro che contiene i semi del frutto è derivato dalla parete dell’ovario, può distinguersi in tre parti in funzione del tessuto di origine: L'epicarpo, che deriva dall'epidermide esterna dell'ovario e costituisce la parte esterna del frutto, la cui superficie può assumere aspetti molto differenti; essa può essere liscia come nella ciliegia, pelosa come nella pesca, membranosa e anche spinosa come nella noce della Datura stramonium.

Composizione e struttura del Frutto Il Mesocarpo che deriva dal parenchima della parete mediana dell'ovario e può essere scarso come nei frutti secchi o carnoso come nella pesca. L'Endocarpo che deriva dall'epidermide interna dell’ovario, non sempre è distinto e può essere carnoso come nell’uva, duro e tenace come nell’olivo, con peli rugosi come nel limone. Il Seme che contiene l’embrione e le riserve ed è originato dalla maturazione dell’ovulo fecondato. L'Embrione è originato dal gamete femminile (oosfera).