Corso: Biologia vegetale – Biologia animale – 6+6 cfu
Docente: Gianni Sacchetti
Tel. 0532 29 3774
email: [email protected] – [email protected]
Modulo di Biologia vegetale (6 cfu)
-Morfogenesi vegetale. Organismi autotrofi ed eterotrofi. Cenni: la
cellula procariote ed eucariote. Approfondimenti di citologia: le
strutture elettive della cellula vegetale (vacuolo, plastidi, parete) e
loro funzione biologica e farmaceutica. La cellula vegetale come
laboratorio di produzione di composti di importanza farmaceutica:
aspetti biologici (metabolismo primario e secondario),
biotecnologici e farmaceutici. Istologia e organografia: senso
biologico e di proiezione farmacognostica. I tessuti meristematici, i
tessuti adulti o definitivi. Anatomia istologica di radici, fusti (in
struttura primaria e secondaria) e foglie. Organografia di foglie,
fiori, frutti, semi. Cenni sugli organi della riproduzione e sui cicli
metagenetici. Riproduzione agamica e gamica. - Sistematica
vegetale. Fondamenti di sistematica vegetale, di chemiosistematica
e di chiave analitica di riconoscimento dei vegetali (cenni).
Principali famiglie di piante alimentari, medicinali e velenose.
-Testo consigliato: Fondamenti di Botanica generale – teoria e
pratica. Pancaldi e collaboratori, 2011
Metodi didattici: il metodo didattico è fondato sulla lezione frontale, come strumento di sintesi e traccia
insostituibile allo sviluppo degli obiettivi formativi. Tale strumento si avvale del contributo di slides proiettate a
guida del percorso formativo e dell’adozione di testi dedicati all’approfondimento dei temi. Per la tipologia della
disciplina e degli obiettivi formativi, la struttura delle lezioni è impostata su un dialogo interattivo e ragionato
docente-studente.
Modalità di verifica dell’apprendimento: La tipologia del metodo didattico adottato impone un rapporto di
dialogo docente-studente costantemente impostato alla verifica di apprendimento, dal momento che le
conoscenze acquisite di volta in volta sono necessarie allo sviluppo dell’obiettivo formativo. Durante il corso è
previsto l’approfondimento di tematiche sulla disciplina attraverso la stesura di elaborati, frutto della personale
ricerca e sintesi di ciascuno studente, mediata dalle conoscenze acquisite e dal percorso ragionato effettuato a
lezione su un ciclo di argomenti.
ALCUNE INFORMAZIONI IMPORTANTI
•Le diapositive proiettate a lezione saranno tutte inserite in rete come dispense (pacchetti di argomenti)
per poter essere scaricate come ausilio alla preparazione
•Svolgimento dell’esame: Orale, con test scritto (facoltativo)
• Appelli in rete – saranno svolti nei periodi di ufficialità, cioè quando le lezioni sono terminate.
•Come iscriversi: via web (password di ateneo)
IMPORTANTE: Utilizzare sempre l’indirizzo di posta elettronica assegnato dall’Ateneo.
[email protected]
•Ricevimento studenti: oltre all’orario ufficiale stabilito (giovedì 15.00-17.00), il ricevimento è aperto ad
appuntamenti concordati con il docente o per telefono o per email (consigliato).
•Dove: - C.so Ercole I d’Este 32 (dip. Biologia ed Evoluzione
GLI OBIETTIVI
• Oggetto dello studio è la pianta officinale:
settore terapeutico, salutistico e cosmetico
• Comprendere la struttura, le funzioni e le
diversità delle piante.
• Fornire le basi propedeutiche e generali
(conoscenze botaniche) per le discipline:
farmacognosia, prodotti erboristici
• Riconoscere le caratteristiche peculiari.
CHE PIANTA E’?
Di cosa si occupa il corso?
pianta
droga
prodotto
salutistico
bisabololo
INGREDIENTI FUNZIONALI CONTENUTI IN 1 BUSTINA
Passiflora foglie
titolato in flavonoidi totali espressi come vitexina ≥ 2,5%
Passiflora foglie estratto liofilizzato multifrazione (Passiflò2-LMF)
titolato in flavonoidi totali espressi come vitexina 8%
Melissa foglie
Camomilla fiori
Camomilla fiori ligulati estratto liofilizzato
425 mg
30 mg
420 mg
400 mg
45 mg
La farmacopea viene redatta da una apposita
commissione di esperti nominata dal
ministero della sanità.
L'ultima edizione è la XII, che è entrata in
vigore il 31 marzo 2009.
E’ articolato in otto tabelle che raccolgono
prescrizioni con valore legale, caratteristiche
e metodi di analisi e controllo di farmaci e
formule. Sono elencate:
- sostanze medicinali obbligatorie,
- apparecchi e strumenti obbligatori
- prodotti da vendere solo dietro prescrizione
medica.
È inclusa inoltre una nomenclatura completa
dei composti farmaceutici, con relative
modalità di conservazione e di etichettatura.
Importanza farmaceutica delle piante
•
•
La salicina venne isolata
nell’ottocento dalla corteccia del
salice bianco (Salix alba L.)
L’acido salicilico venne
sintetizzto ed immesso così sul
mercato (nel 1874) ad un prezzo
dieci volte inferiore all'acido
estratto dalla salicina.
Acido salicilico
Salix alba L.
Importanza farmaceutica delle piante
•
Il taxolo (o tassolo) è un
farmaco utilizzato nella
chemioterapia per la cura del
cancro.
•
Scoperto nel 1967 ed isolato,
dalla corteccia del tasso del
Pacifico (Taxus brevifolia)
Taxus brevifolia
taxolo
Importanza farmaceutica delle piante
La vinblastina e la vincristina sono
alcaloidi estratti dalle foglie della pervinca
tropicale (Vinca rosea L.) e sono molecole
antitumorali. L’industria farmaceutica ha
poi sintetizzato vari analoghi strutturali e
molecole emisintetiche derivate da quelli
naturali
Vinca rosea
vinblastina
vincristina
Importanza farmaceutica delle piante
• La morfina è un alcaloide che
si trova nel lattice (oppio)
che fuoriesce,dopo incisione,
dalla capsula immatura del
Papavero da oppio (Papaver
somniferum).
• Viene utilizzata in medicina
come analgesico per il
trattamento del dolore acuto
e cronico.
Molecola morfina
Capsula del papavero
Teoria cellulare
Le cellule sono le unità funzionali e strutturali della vita. I più piccoli organismi viventi sono
composti da singole cellule, mentre i più grandi sono costituiti da miliardi di cellule, ciascuna delle
quali, tuttavia, ha una vita parzialmente indipendente. L’aver riconosciuto che tutti gli organismi
sono formati da cellule ha rappresentato uno dei più importanti progressi concettuali della storia
della biologia, poiché ha fornito una base comune per lo studio di tutti gli esseri viventi.
Origine della teoria cellulare: il termine cellula fu coniato da Robert Hooke nel 1665 per
descrivere le sue osservazioni sulle piccole cavità, simili alle celle del favo delle api, che egli
aveva individuato nel sughero ed in altri tessuti vegetali esaminati con il suo rudimentale
miscroscopio le cui lenti erano montate su pezzi di sughero. In seguito Mathias Jacob
Scheiden (botanico tedesco), nel 1838, enunciò la teoria cellulare, secondo la quale la
cellula è l’unità vivente fondamentale da cui si sviluppano tutte le piante. Nell’anno
seguente lo zoologo Theodor Schwann estese tale teoria agli organismi animali. Nel 1858 il
patologo tedesco Rudolf Virchow, stabilì che ogni cellula derivava dalla divisione di un’altra
cellula ad essa preesistente. Il successivo avvento del miscroscopio elettronico ed i continui
perfezionamenti della microscopia ottica e le sofisticate tecniche biochimiche e biofisiche,
hanno consentito di allargare enormemente gli orizzonti delle conoscenze della struttura delle
cellule.
La cellula: unità morfofunzionale elementare di
tutti gli organismi capaci di
vita autonoma (unicellulari,
pluricellulari in colonie,
pluricellulari organizzati in
tessuti o pseudotessuti,
animali, vegetali…
La cellula
La cellula è l’unità
fondamentale della vita
perché:
1.
Compartimenta i propri
costituenti all’interno: è
delimitata da una
membrana semipermeabile
(m. plasmatica) che
delimita un interno
(=cellula) e un esterno
(=ambiente).
2.
Scambia energia con
l’ambiente traendone
elementi necessari al
proprio metabolismo
(trasforma sostanze
chimiche)
3.
Si riproduce: ha le capacità
e l’informazione necessaria
per formare un’altra
cellula/organismo uguale a
se stesso.
Cellula procariote: struttura semplice (es. batteri)
Cellula eucariote: struttura complessa (es. cellule vegetali e animali)
Composizione chimica della materia vivente
La materia vivente è costituita da composti:
Carboidrati
H2O
Inorganici
Lipidi
Organici
Proteine
sali minerali
Ac. nucleici
Metaboliti primari
Metaboliti o biomolecole: sono in genere polimeri anche ad alto peso molecolare. Si
distinguono metaboliti primari e metaboliti secondari.
M. primari: sono essenziali alla vita
M. secondari: sono deputati a meccanismi biochimici propri della cellula o dell’organismo
non essenziali alla vita ma legati a processi secondari e/o “di relazione” (es. antiossidanti,
strategie di difesa….)
M. primari: si dividono in 4 categorie principali
-Glucidi (o carboidrati)
-Lipidi
-Proteine
-Acidi nucleici
GLUCIDI
-C, H, O
- Ruoli energetici, strutturali,riserva
-Classificazione: monosaccaridi, disaccaridi,
oligosaccaridi, polisaccaridi (omo-, eterogenei)
Carboidrati di origine vegetale di importanza farmaceutica
DISACCARIDI:
Saccarosio: glucosio+fruttosio (Beta vulgaris e Saccharium officinalis)
Maltosio: glucosio+glucosio (legame -1,4 glucosidico)
Cellobiosio: glucosio+glucosio (legame -1,4 glucosidico) unità costitutiva della cellulosa
POLISACCARIDI:
Omopolisaccaridi
Amido: polimero dell’ -glucosio (amiloplasti)
Cellulosa: polimero del -glucosio (molecola lineare) (parete cellulare)
Inulina: polimero di D-fruttosio (vacuolo). Tipico delle Asteraceae
Chitina: polimero dell’N-acetilglusosamina (parete cellulare dei funghi ed esoscheletro
di crostacei e insetti)
Eteropolisaccaridi:
Emicellulose: pentosi (arabinosio e xilosio) ed esosi (galattosio, glucosio e mannosio)
Sostanze pectiche: polimeri dell’acido galatturonico
Gomme: parete cellulare. Contengono ramnosio, arabinosio, xilosio, ac. glucuronico, ac.
galatturonico
Mucillaggini: parete cellulare e vacuolo. Sono costituiti da pentosi, esosi, acidi uronici
LIPIDI
Grande gruppo di composti caratterizzati dalla loro relativa insolubilità in acqua e dalla solubilità in
solventi organici.
Si distinguono LIPIDI SEMPLICI (es. trigliceridi, cere) e LIPIDI CONIUGATI (es. fosfolipidi)
Ruolo: energetico (riserva; es. trigliceridi nei semi e nei frutti); strutturale (membrane cellulari; es. lipidi
coniugati)
LIPIDI SEMPLICI
-Trigliceridi: esterificazione (legame con perdita di una molecola d’acqua) tra glicerolo (alcol trivalente) e
1, 2 o 3 acidi grassi* (oli vegetali)
-Cere: alcol diverso dal glicerolo esterificato con acidi grassi (epidermidi di foglie e di molti frutti)
*Gli acidi grassi sono lunghe catene
di C in numero pari (C16-C24 tra i più
comuni)
Cera di origine vegetale
Cera carnauba: dalle foglie della
palma Copernicia cerifera , si ricava
la pregiatissima cera carnauba, il
cui
nome
proviene
da
una
popolazione indigena del Brasile,
dove la pianta cresce spontanea. Le
foglie vengono raccolte durante la
stagione arida, quando sono ancora
chiuse e avvolte da un sottile
strato di cera. Questa viene
asportata, setacciata, quindi fusa e
messa in commercio sotto forma di
pani duri e fragili, di colore
variabile dal grigio-verdastro al
giallo pallido o eventualmente
biancastri previa decolorazione
della cera. Viene utilizzata per
lucidare le automobili e i pavimenti
Copernicia cerifera Mart
Burro di cacao
Il burro di cacao è una miscela di
sostanze grasse ricavata dai semi di
Theobroma cacao L. (Sterculiaceae),
un albero molto diffuso in Sud
America ed in altre regioni tropicali.
I semi contenuti nel frutto hanno un
elevato contenuto lipidico, che si
aggira intorno al 50%.
Burro di cacao
Cabosso:frutto
Theobroma cacao L.
La particolare composizione in acidi
grassi (acido palmitico 22,4-26,2%,
acido oleico 37,7-38,1%, acido
stearico 34,4-35,4%, acido linoleico
2,1%) conferisce a questa frazione
triglicerica
spiccate
proprietà
protettive
ed
emollienti.
Tradizionale componente degli stick
per labbra, ma anche di creme,
saponi e rossetti, viene ottenuto per
spremitura a caldo dei semi
torrefatti, o di loro parti, e
successiva filtrazione.
Fosfolipidi: due molecole di acido grasso legate a glicerolo il cui terzo ossidrile (-OH) è
esterificato con acido fosforico a cui si lega con un secondo legame estere una molecola
polare (es. colina). Sono molecole anfipatiche (parte idrofoba e parte idrofila) e sono i
costituenti fondamentali delle membrane biologiche. Le membrane biologiche sono
formate da un DOPPIO strato di fosfolipidi con le “teste” idrofile rivolte verso la fase
acquosa e le “code” idrofobe rivolte le une verso le altre verso l’interno.
Il carattere polare delle molecole dei fosfolipidi consente loro di aggregarsi insieme
formando strati bimolecolari (impalcatura fondamentale delle membrane cellulari)
PROTEINE
Grosse molecole polimeriche costituite da tante unità aminoacidiche (monomeri)
ottenute tramite legame peptidico. Gli aminoacidi essenziali sono 20.
Ruolo delle proteine: movimento, struttura, catalisi di reazioni (enzimi),…
Struttura secondaria
Struttura terziaria
Struttura quaternaria
Nelle piante hanno anche funzione di riserva:
infatti i semi hanno riserve più o meno
cospicue di proteine
Struttura primaria
Gli aminoacidi
Enzimi di importanza farmaceutica ed industriale
Bromelina dall’ananas (Ananas cosmosus)
Papaina dalla papaia (Carica papaia):
Ficina dal fico (Ficus carica e Ficus glabrata).
In quanto enzima proteolitico, la Bromelina come la Papaina e la
Ficina è utilizzata nelle dispepsie (problemi digestivi) ma il suo
utilizzo principale è come antiinfiammatorio ed antiedematoso.
.
DNA e RNA: Sono polimeri costituiti da monomeri detti nucleotidi
Tipi: RNA (acido ribonucleico. Lo zucchero è il ribosio. Uracile al posto della timina).
DNA (acido desossiribonucleico. Lo zucchero è il deossiribosio.)
Polimerizzazione: reazione di condensazione tra il pentoso di un nucleotide ed il gruppo
fosfato di quello adiacente.
Ruoli: il DNA costituisce l’archivio dell’informazione genetica che, mediante trascrizione,
viene trasmessa alle molecole di RNA che, a loro volta, traducono l’informazione nella
sintesi delle proteine.
DNA >>> RNA >>> PROTEINE
Nucleotide
Cellula EUCARIOTE: Il DNA è principalmente localizzato nel nucleo, è organizzato
in modo complesso a formare i cromosomi. È presente in una struttura più
semplice (anello) in plastidi e mitocondri.
Cellula PROCARIOTE: Il DNA è presente non compartimentato ed organizzato in
una semplice struttura ad anello.
RNA: si trova sia nel nucleo (dove viene sintetizzato) sia nel citoplasma dove è
parte essenziale della sintesi proteica. Nella cellula procariote è presente non
compartimentato.
Gli organismi si dividono fondamentalmente in due gruppi distinti: procarioti e
eucarioti. Questi termini derivano dalla parola greca karion, che significa
“nocciolo” o “nucleo” e quindi procariote significa “con nucleo primitivo” mentre
eucariote “con vero nucleo”.
Procarioti: comprendono due gruppi di
organismi molto semplici e unicellulari:
batteri e alghe azzurre (cianobatteri).
1.
Dimensioni: 1-2 m
2.
Organizzazione
primitiva.
3.
Il DNA è rappresentato da un’unica
molecola di forma circolare che
occupa una zona del citoplasma detta
nucleoide
4.
Manca la membrana nucleare
5.
Mancano
membrane
specifiche.
ribosomi di
6.
Le
funzioni
vitali
si
svolgono
direttamente nel citoplasma o sulla
membrana plasmatica.
7.
Sono provvisti di una parete cellulare
8.
Per la loro semplicità sono un utile
modello di studio
cellulare
molto
organuli
delimitati
da
atti a compiere funzioni
Gli unici organuli sono i
tipo 70S.
Esempio di cellula batterica
Eucarioti: comprendono organismi unicellulari e pluricellulari come
protozoi, funghi, piante e animali
1. Dimensioni 10-100 m
2. Organizzazione cellulare più complessa.
3. La cellula è divisa da membrane interne in vari scomparti (organelli
citoplasmatici) ognuno dei quali svolge un ruolo ben preciso nella vita
della cellula
4. Il DNA è localizzato nei cromosomi che sono contenuti nel nucleo
provvisto di membrana nucleare
Esempio di cellula eucariote
Differenza tra cellula animale e cellula vegetale:
Cellula animale eucariota
Cellula vegetale eucariota
La cellula vegetale ha la stessa struttura della cellula animale, ma possiede alcune peculiarità:
1.
2.
3.
Parete cellulare
Vacuolo
Plastidi
Cellula vegetale eucariota (parete + protoplasto)
protoplasto (citoplasma, nucleo, mitocondri, plastidi, vacuoli, apparato del
Golgi, lisosomi, ribosomi, reticolo endoplasmatico, citoscheletro)
•
•
•
•
•
•
•
•
Consideriamo ad es. una cellula vegetale tipica
cellula del parenchima
clorofilliano a palizzata di una foglia che svolge primariamente la fotosintesi.
La cellula è di forma cilindrica (lunghezza in genere di qualche decina di m).
La cellula vegetale è rivestita esternamente da una PARETE. La parete cellulare
si può immaginare simile ad una scatola rigida che circonda la cellula.
La faccia interna della parete cellulare è rivestita dal plasmalemma la cui
struttura e funzione è simile alla membrana plasmatica (plasmalemma ) della
cellula animale.
Internamente al plasmalemma c’è il citoplasma con gli organuli.
A differenza della cellula animale nelle cellula vegetale il citoplasma e gli organuli
non occupano tutto lo spazio interno della cellula. Gran parte di questo spazio è
occupato dal vacuolo, cavità ripiena di un succo cellulare (soluzione acquosa di
varie sostanze) e circondato da una membrana, il tonoplasto.
In una cellula vegetale adulta c’è generalmente un unico grande vacuolo, che
occupa più del 90% del volume cellulare in questo caso il citoplasma contenente gli
organuli è ridotto ad uno strato sottile a ridosso della parete .
Nel citoplasma sono contenuti tutti gli organuli: nucleo, mitocondri, plastidi,
apparato del Golgi e ribosomi e reticolo endoplasmatico.
Cellula vegetale
•
1.
2.
3.
4.
Le cellule vegetali possono
avere svariate forme si
possono distinguere:
Cellule fortemente allungate
in una direzione
Cellule ugualmente estese
nelle tre direzioni dello
spazio(cellule isodiametriche)
Possono essere in genere
qualche decina di m (circa 20
m)
In alcuni casi cellule
eccezionalmente grandi anche
100 m