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Cellula vegetale

Come è fatta una cellula vegetale?

Sono considerate cellule vegetali le cellule appartenenti agli organismi in grado di sintetizzare molecole organiche a partire da molecole inorganiche attraverso il processo della fotosintesi clorofilliana.

Sebbene i primi (ed unici) organismi che abbiano realizzato l’apparato biochimico necessario alla fotosintesi ossigenica siano stati i cianobatteri e le proclorofite, quindi organismi procariotici, generalmente nella descrizione delle cellule vegetali si fa riferimento alle cellule degli autotrofi eucariotici, alghe e piante, che hanno acquisito tale capacità mediante endosimbiosi di procarioti fotosintetici.

La struttura generale delle cellule vegetali rispecchia quella di tutte le cellule eucariotiche, ma rispetto alle cellule animali nelle cellule vegetali sono presenti delle strutture in più che ne conferiscono una certa unicità.

In particolare nelle cellule vegetali sono presenti,a differenza delle cellule animali: la parete cellulare, i vacuoli e i plastidi. Oltre alla presenza di queste strutture, le cellule vegetali i differenziano anche per le dimensioni maggiori. Questa caratteristica è resa possibile proprio dalla presenza di una delle strutture appena citate, ossia il vacuolo.

Struttura generale della celllula vegetale

Figura 1: Struttura generale della cellula vegetale.

Parete cellulare di una cellula vegetale

La parete cellulare è una struttura di sostegno della cellula che ne determina la forma, ne garantisce rigidità e resistenza e consente l’esistenza di pressioni intracellulari maggiori che garantiscono il turgore cellulare.

Sebbene sia una caratteristica già presente nelle cellule procariotiche, nel mondo eucariotico rappresenta una caratteristica distintiva delle cellule vegetali; rispetto alla parete cellulare procariotica, che è costituita da peptidoglicano organizzato in strati con modalità differenti nei diversi gruppi di batteri, nelle cellule vegetali le componenti principali della parete cellulare sono la cellulosa, l’emicellulosa, le pectine e varie molecole proteiche.

Le funzioni della parete cellulare sono di tipo meccanico e di sostegno; difensivo; conservativo (riduce la perdita di acqua) e metabolico grazie alle proteine ad azione enzimatica presenti su di essa.

La cellulosa è un polisaccaride formato da dimeri di β-D-glucosio tenuti insieme da un legame 1-4 a formare il cellobosio, organizzato in filamenti strutturati in fibrille.

L’emicellulosa è un altro polisaccaride che ha la funzione di cementare le fibrille e aumentare la rigidità della struttura.

Le pectine sono molecole saccaridiche fortemente idrofile che generano, a contatto con l’acqua, delle sostanze gellificanti utili a dare flessibilità e plasticità alla parete. Infine la componente proteica ha sia funzione strutturale che enzimatica.

La parete cellulare è organizzata in tre strati:

1) lo strato più esterno è detto lamella mediana ed è in comune tra cellule adiacenti, facendo da elemento di unione tra di esse, ed è costituita essenzialmente da pectine;

2) internamente vi è la parete primaria, uno strato sottile di parete in cui sono presenti tutti i componenti costitutivi della parete stessa;

3) infine, internamente alla parete primaria, in alcuni tipi di cellule si deposita la parete secondaria, priva di componente proteica, che può contenere lignina o altre molecole ad alta rigidità, e determina un ispessimento e irrigidimento della parete.

I vari strati della parte cellulare delle cellule vegetali

Figura 2: I vari strati della parte cellulare delle cellule vegetali.

Cellula vegetale: il vacuolo

Il vacuolo è un organello tipico delle cellule vegetali costituito da una struttura sacciforme circondata da membrana. La membrana del vacuolo, detta tonoplasto, è una membrana costituita da due strati fosfolipidici uniti a proteine transmembrana.

Internamente al tonoplasto c’è il succo vacuolare, ossia la soluzione acquosa che costituisce l’interno del vacuolo. Il succo vacuolare è composto da acqua e svariate molecole organiche tra cui acidi, alcaloidi e scarti metabolici, oltre a ioni e sali.

Nelle cellule vegetali adulte il vacuolo è unico e occupa la quasi totalità dell’ambiente intracellulare; nelle cellule giovani i vacuoli sono numerosi e si fondono via via gli uni con gli altri durante la maturazione della cellula.

Sul tonoplasto sono presenti pompe protoniche che determinano un aumento di concentrazione dei protoni nel succo vacuolare,  con conseguente acidificazione. Oltre ai protoni si crea anche un gradiente di ioni e cataboliti maggiormente concentrati nel lume del vacuolo rispetta al citosol.

Le funzioni del vacuolo sono molteplici: innanzitutto è responsabile del turgore cellulare, grazie all’elevata pressione che è in grado di produrre in ambiente ipotonico. Tale turgore è il principale elemento di indizione della crescita della cellula vegetale.

L’elevata acidità del succo vacuolare lo rende il principale organo per la digestione delle macromolecole di riserva e delle componenti strutturali sottoposte a turn-over; nel vacuolo inoltre vengono riversati i cataboliti sottraendoli dall’ambiente cellulare, rappresentando quindi una sorta di meccanismo di escrezione; infine ioni e metaboliti non immediatamente utilizzati dalla cellula vengono immagazzinati nei vacuoli e successivamente riversati nello spazio cellulare.

La presenza del vacuolo consente alla cellula vegetale di aumentare le proprie dimensioni rispetto a quella animale poiché, occupando quasi tutto lo spazio cellulare, fa si che il rapporto superficie cellulare/volume citoplasmatico si mantenga sempre molto elevato. 

La cellula vegetale: i plastidi

I plastidi sono organuli delle cellule vegetali derivati dalla medesima struttura embrionale detta protoplastidio. Il più rappresentativo è il cloroplasto, sede della fotosintesi clorofilliana. Altri plastidi sono i leucoplasti e i cromoplasti, rispettivamente con funzione di riserva a di pigmentazione dei petali dei fiori.

I plastidi si sono originati per endosimbiosi di una cellula procariotica fotosintetica, processo avvenuto numerose volte nel corso dell’evoluzione cosicché, tra i cloroplasti, ne esistano di numerosi tipi a seconda del tipo di cellula incamerata e dal grado di endosimbiosi corrispondente. Infatti, cellule fotosintetiche per la presenza di un cloroplasto simbionte sono state oggetto di una nuova endosimbiosi generando endosimbionti di secondo e anche di terzo grado. Il numero di membrane che avvolgono il plastidio è indice del grado di endosimbiosi che l’ha generato: endosimbiosi terziarie generano cloroplasti con quattro membrane.

All’interno dei cloroplasti sono presenti i pigmenti fotosintetici; il principale è sempre la clorofilla A, accompagnata da vari gruppi di pigmenti accessori che variano tra differenti tipi di cloroplasti, i quali caratterizzano differenti categorie di organismi vegetali. Tali pigmenti accessori possono essere: clorofilla B, clorofilla C1 o C2, ficobiline, xantofille, carotenoidi.

Le ficobiline, quando presenti, possono essere organizzate nei ficobilisomi. I pigmenti nei cloroplasti non sono in genere dispersi nella matrice ma raggruppati in strutture dette tilacoidi, che possono essere impilati o raggruppati a gruppi di due o di tre.

Cloplasto

Figura 3: Cloroplasto.

Nei cloroplasti che possiedono più di una membrana può talvolta essere presente il nucleomorfo, ossia ciò che rimane del nucleo della cellula che per prima ha operato il processo di endosimbiosi della cellula fotosintetica.

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