Produzioni Vegetali parte tecnico Pratica
Concetto di tessuto
Un tessuto è un insieme di cellule simili specializzate per una stessa funzione.
Le piante hanno tessuti diversi da quelli animali perché
Crescono continuamente (meristemi).
Sono organismi autotrofi.
Necessitano di resistere a forze meccaniche e perdita d’acqua.
Immagine 1(fonte Zanichelli)
LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA – Spiegazione Completa per la Classe Terza Perito Agrario - prof. Francesco Coccia
La fotosintesi clorofilliana è il processo biologico attraverso cui le piante, le alghe e alcuni batteri trasformano l’energia luminosa del Sole in energia chimica sotto forma di zuccheri.
È il meccanismo che rende possibile la vita sulla Terra, perché:
produce ossigeno;
costituisce la base di tutte le catene alimentari;
permette l’accumulo di sostanza organica e quindi la crescita delle piante.
La fotosintesi avviene principalmente nelle foglie, in particolare nei cloroplasti, organuli presenti nelle cellule vegetali.
I cloroplasti contengono:
tilacoidi, piccole membrane dove si trovano i pigmenti fotosintetici (clorofille, carotenoidi);
stroma, una matrice fluida dove si svolgono alcune fasi della fotosintesi.
Il pigmento più importante è la clorofilla, che dà alle foglie il colore verde.
Per realizzare la fotosintesi le piante utilizzano:
Anidride carbonica (CO₂) → assorbita dagli stomi delle foglie.
Acqua (H₂O) → assorbita dalle radici e trasportata dallo xilema.
Luce solare → catturata dai pigmenti fotosintetici.
Clorofilla → indispensabile per assorbire l’energia luminosa.
La reazione generale può essere riassunta così:
6 CO₂ + 6 H₂O + energia luminosa → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
(glucosio e ossigeno)
La fotosintesi è composta da due fasi fondamentali:
Avviene sui tilacoidi dei cloroplasti.
La luce viene assorbita dalla clorofilla.
L’energia luminosa viene trasformata in energia chimica sotto forma di:
ATP (adenosintrifosfato)
NADPH (molecola ricca di energia)
L’acqua viene scissa (fotolisi dell’acqua):
vengono liberati elettroni e protoni,
viene prodotto ossigeno (O₂) che esce dagli stomi.
La fase luminosa prepara l’energia necessaria alla fase successiva.
equazione reazione fotolisi
✔ 4 protoni (H⁺) → serviranno per produrre ATP
✔ 4 elettroni (e⁻) → rimpiazzano quelli persi dalla clorofilla nel Fotosistema II
✔ 1 mole di ossigeno (O₂) → liberato nell’atmosfera attraverso gli stomi
Permette la continuità del trasporto elettronico nella fase luminosa.
Contribuisce alla formazione del gradiente protonico necessario per la sintesi di ATP.
È la fonte principale di ossigeno che respiriamo.
Vai all'approfondimento scientifico della fotosintesi
Avviene nello stroma del cloroplasto.
Non significa che avviene al buio: semplicemente non richiede luce diretta.
La CO₂ assorbita dagli stomi viene fissata in molecole organiche.
Grazie all’energia dell’ATP e del NADPH prodotti nella fase luminosa, la pianta costruisce glucosio (C₆H₁₂O₆).
La pianta trasforma CO₂ in zuccheri, cioè produce la sostanza organica necessaria per crescere.
Questa fase viene anche chiamata organigazione dell'anidride carbonica (CO₂)
Il glucosio è fondamentale per la vita della pianta:
viene utilizzato nella respirazione cellulare per produrre energia;
può essere trasformato in amido (di riserva);
può diventare cellulosa (pareti cellulari);
contribuisce alla formazione di:
lipidi,
proteine,
vitamine,
ormoni vegetali.
La fotosintesi non avviene sempre alla stessa intensità. È influenzata da vari fattori:
Luce (intensità, durata, qualità)
Temperatura (ottimale in genere tra 20 °C e 30 °C)
Disponibilità di CO₂
Disponibilità di acqua
Concentrazione di nutrienti (in particolare azoto, ferro, magnesio)
quantità di clorofilla
superficie fogliare
stato di salute della pianta
Molti studenti le confondono. Ecco lo schema chiaro:
| Fotosintesi | Respirazione |
|---|---|
| Avviene nei cloroplasti | Avviene nei mitocondri |
| Produce glucosio e ossigeno | Consuma glucosio e ossigeno |
| Accumula energia | Rilascia energia |
| Richiede luce | Avviene giorno e notte |
Perché determina:
la produttività delle colture
(più fotosintesi = più biomassa = più rese)
la qualità dei prodotti agricoli, come zuccheri nell’uva, amidi nei cereali, oli nei semi;
l’efficienza dell’irrigazione, dato che la stomatura è collegata alla traspirazione;
la scelta delle densità di semina e potature, per controllare la luce;
l’assorbimento di CO₂, con effetti sul clima e sul bilancio energetico delle piante.
La fotosintesi clorofilliana è il processo attraverso cui le piante trasformano l’energia solare in vita.
Comprendere questo meccanismo permette a un futuro Perito Agrario di gestire con competenza le colture, ottimizzare le rese e intervenire in modo sostenibile sull’agroecosistema.
Il DNA dei procarioti è costituito da una singola molecola circolare di DNA a doppia elica, localizzata in una regione del citoplasma detta nucleoide, priva di membrana.
Forma: generalmente circolare (eccetto rare eccezioni).
Organizzazione: poco complessa, non avvolta attorno a istoni (nei batteri) ma associata a proteine chiamate nucleoproteine o proteine NAPs (Nucleoid-Associated Proteins).
Numero di cromosomi: quasi sempre uno.
Presenza di plasmidi: molto comune; i plasmidi sono piccole molecole circolari di DNA extrachromosomico, replicantesi autonomamente.
Regione cellulare: nucleoide, che non è delimitato da membrana.
Trascrizione e traduzione: possono avvenire simultaneamente, perché non c’è una separazione compartimentale.
Il DNA degli eucarioti è contenuto in cromosomi lineari organizzati nel nucleo, avvolti attorno a proteine chiamate istoni che formano strutture altamente compattate dette cromatina.
Forma: cromosomi lineari.
Organizzazione: molto complessa, con:
istoni (H2A, H2B, H3, H4) che formano nucleosomi;
diversi livelli di compattazione fino al cromosoma metafasico.
Numero di cromosomi: variabile, tipicamente molti (es. umani 46).
Compartimentazione: localizzato nel nucleo, separato dal citoplasma da una membrana nucleare.
DNA extranucleare: presente anche in:
cloroplasti nelle piante (DNA plastidiale, circolare).
mitocondri (DNA mitocondriale, circolare);
Trascrizione e traduzione: avvengono in compartimenti distinti (nucleo e citoplasma).
| Caratteristica | Procarioti | Eucarioti |
|---|---|---|
| Forma del DNA | Circolare | Lineare |
| Organizzazione | Semplice, senza istoni (nei batteri) | Complessa, con istoni |
| Numero di cromosomi | Uno | Molti |
| Localizzazione | Nucleoide | Nucleo |
| Plasmidi | Frequenti | Rari (solo in certi lieviti) |
| Trascrizione e traduzione | Simultanee | Separate |
Dal punto di vista chimico, il DNA è un polimero lineare appartenente alla classe degli acidi nucleici, costituito da unità ripetute chiamate deossiribonucleotidi.
Ogni deossiribonucleotide è formato da tre componenti chimiche:
Formula chimica: C₅H₁₀O₄
È un pentoso ciclico (furanosio).
La mancanza dell’ossigeno sul carbonio 2' (da cui desossi) lo distingue dal ribosio dell’RNA.
Acido fosforico esterificato al carbonio 5’ dello zucchero.
Può formare legami fosfodiesterici 3'-5' con i nucleotidi vicini → fondamentale per la struttura a polimero.
Appartiene a due famiglie chimiche:
Purine (a doppio anello):
Adenina (A)
Guanina (G)
Pirimidine (a singolo anello):
Citosina (C)
Timina (T)
I nucleotidi sono uniti da legami fosfodiesterici 3'-5':
Il 3’-OH di un nucleoside attacca l’atomo di fosforo del fosfato 5’ del nucleotide successivo.
Si forma una catena polimerica con scheletro zucchero-fosfato.
Questo costituisce una struttura direzionale, con estremi 5' e 3'.
Il DNA è formato da due filamenti antiparalleli, uniti da legami idrogeno tra basi complementari:
A = T → 2 legami idrogeno
G ≡ C → 3 legami idrogeno
Questi legami non sono covalenti, ma deboli, e permettono la replicazione semiconservativa.
La geometria complessiva forma una doppia elica destrorsa (B-DNA), con:
Solco maggiore
Solco minore
derivati dalla disposizione asimmetrica delle basi.
Il gruppo fosfato conferisce al DNA una carica negativa netta a pH fisiologico.
Elevata stabilità chimica grazie allo zucchero desossiribosio e all'assenza del gruppo 2'-OH.
Stabilizzato da:
legami idrogeno;
interazioni idrofobiche;
stacking aromatico tra le basi (interazioni π-π).
Molto solubile in acqua per la presenza dei fosfati ionizzati.
Insolubile in solventi organici apolari.
Il DNA è un polimero lineare di deossiribonucleotidi uniti da legami fosfodiesterici 3'-5', costituito da uno scheletro zucchero-fosfato e basi azotate puriniche o pirimidiniche che, tramite legami idrogeno complementari, formano due filamenti antiparalleli avvolti in una doppia elica.
La replicazione del DNA è il processo mediante il quale una cellula duplica accuratamente il proprio materiale genetico. È un meccanismo semiconservativo, bidirezionale ed enzimaticamente regolato, che garantisce la trasmissione fedele dell’informazione genetica alle cellule figlie.
Procarioti: una singola origine (OriC).
Eucarioti: numerose origini su ogni cromosoma.
Complessi proteici specifici riconoscono ORI:
Procarioti: DnaA lega sequenze ricche in A-T.
Eucarioti: ORC (Origin Recognition Complex).
L’interazione provoca un local melting del DNA, cioè la separazione dei due filamenti.
Enzima chiave: elicasi (DnaB nei batteri, MCM negli eucarioti).
L’elicasi rompe i legami idrogeno tra le basi, formando la bolla di replicazione.
SSB (Single-Strand Binding Proteins) nei procarioti;
RPA (Replication Protein A) negli eucarioti.
Evitano la riappaiatura dei filamenti separati.
Enzimi: topoisomerasi
Procarioti: DNA-girasi (topoisomerasi II).
Eucarioti: topoisomerasi I e II.
Tagliano temporaneamente il DNA per rimuovere la torsione generata dall’avanzamento dell’elicasi.
La DNA polimerasi non può iniziare la sintesi da zero: necessita di un 3’-OH libero.
Enzima: primasi
Procarioti: complesso DnaG.
Eucarioti: DNA pol α / primasi.
Produce un primer di RNA, che fornisce l’estremità 3’-OH necessaria.
La DNA polimerasi sintetizza solo in direzione 5' → 3'.
Sintesi continua nella direzione dell’avanzamento della forcella.
Procarioti: DNA polimerasi III.
Eucarioti: DNA pol δ (delta).
Sintesi opposta all’avanzamento della forcella → frammenti di Okazaki.
Richiede primer multipli.
Procarioti: DNA pol III.
Eucarioti: DNA pol δ.
DNA polimerasi I rimuove i primer con attività esonucleasica 5'→3' e li sostituisce con DNA.
Complesso RNase H + FEN1 elimina i primer.
DNA pol δ riempie i gap.
L’enzima DNA ligasi forma legami fosfodiesterici tra i frammenti adiacenti, rendendo il filamento continuo.
La replicazione termina alle sequenze Ter, riconosciute dalla proteina Tus, che arresta la forcella.
La terminazione è meno definita e avviene quando forcelle convergono.
Problema delle estremità lineari: accorciamento dei telomeri.
Negli eucarioti eucarioti germinali e staminali:
Estende i telomeri usando un suo RNA stampo.
È una reverse transcriptase.
Ogni molecola figlia conserva un filamento parentale e ne sintetizza uno nuovo.
Da ogni origine partono due forcelle di replicazione.
Grazie a:
Selezione base-per-base;
Proofreading (attività esonucleasica 3’→5’ delle polimerasi);
Sistemi di riparo del DNA (Mismatch Repair).
La replicazione del DNA è un processo semiconservativo, bidirezionale e altamente regolato, in cui elicasi apre la doppia elica, primasi sintetizza primer di RNA, DNA polimerasi estende i filamenti leading e lagging, i primer sono rimossi e sostituiti, e DNA ligasi sigilla i frammenti, garantendo la duplicazione fedele del patrimonio genetico.
Un gene è una unità funzionale di informazione genetica costituita da una sequenza specifica di DNA (talvolta RNA nei virus) che contiene:
Sequenze regolative (promotori, enhancers, silencers, operatori)
Sequenza trascritta
Esone (regioni codificanti o funzionali)
Introni (negli eucarioti)
Sequenze per la terminazione
Il gene non è solo un tratto di DNA che codifica una proteina, ma qualsiasi sequenza che produce un prodotto funzionale, che può essere:
una proteina (gene codificante proteine),
un RNA funzionale (rRNA, tRNA, miRNA, snRNA, ecc.).
L’espressione genica è il processo mediante il quale l’informazione contenuta in un gene viene utilizzata per sintetizzare un prodotto funzionale (proteina o RNA funzionale).
È un processo regolato, complesso e dinamico, che determina quali geni sono attivi e in quale quantità.
L'espressione genica comprende due fasi fondamentali:
Trascrizione
Traduzione (solo per i geni proteici)
Negli eucarioti include anche processi post-trascrizionali e epigenetici.
La sintesi proteica si articola in due fasi principali:
La RNA polimerasi si lega al promotore.
Procarioti: RNA pol + fattore σ
Eucarioti: RNA pol II + fattori di trascrizione (TFII)
In questa fase si apre localmente la doppia elica (bubble di trascrizione).
La RNA polimerasi sintetizza l’RNA in direzione 5' → 3' usando il filamento stampo del DNA.
Procarioti: terminazione rho-dipendente o rho-indipendente.
Eucarioti: sequenza di poliadenilazione + rilascio del trascritto.
Capping 5'
Splicing (rimozione introni, unione esoni)
La traduzione avviene nei ribosomi, complessi ribonucleoproteici formati da rRNA e proteine.
Il ribosoma si lega al sito di inizio:
Procarioti: sequenza Shine–Dalgarno.
Eucarioti: riconoscimento del cap 5' e scanning fino al codone AUG.
Si inserisce il tRNA metioninico (fMet nei procarioti).
Processo ciclico in tre fasi:
Entrata del tRNA aminoacilato nel sito A
Formazione del legame peptidico grazie alla peptidil-transferasi (attività dell’rRNA 23S/28S)
Traslocazione del ribosoma lungo l’mRNA
La catena polipeptidica cresce in direzione N-terminale → C-terminale.
Avviene quando il ribosoma incontra un codone di stop (UAA, UAG, UGA).
Le release factors liberano il polipeptide.
Formazione della struttura terziaria e quaternaria.
Modifiche chimiche: fosforilazione, glicosilazione, acetilazione, ubiquitinazione, ecc.
Eventuale trasporto verso organelli o secrezione.
Un gene è una sequenza di DNA che contiene le informazioni necessarie per produrre un RNA funzionale o una proteina. L’espressione genica è il processo regolato mediante il quale l’informazione genetica viene letta e convertita in un prodotto funzionale. La sintesi proteica è l’insieme dei processi di trascrizione del DNA in mRNA e di traduzione dell’mRNA in una catena polipeptidica, che poi subisce piegamento e modificazioni post-traduzionali per diventare una proteina funzionale.
