SPIRIDON ELUABOTANIC, FIZIOLOGIE I MICROBIOLOGIEPrezentarea celulei vegetale din

punct de vedere structural i funcionalCelula reprezint unitatea morfologic, structural i funcional a plantelor.

Celula vegetal este alctuit din: peretele celular, membranele plasmatice, i citoplasma.

n citoplasm se afl dispersate organitele celulare: nucleu, plastide, mitocondrii, reticul endoplastic, complexul Golgi, peroxizomii, lizozomii, glioxizomii, ribozomii, sferozomii, vezicule proteice i microtubulii, precum i una sau dou vacuole.

Perete celular care reprezint nveliul exterior al celulei care se formeaz n timpul diviziunii celulare.Peretele celular primar este alctuit din microfibrele celulozice, hemicelulozice, microfibrele proteice i substane pectice. Radicali liberi ai acestor substane pot lega compui fenolici, molecule de ap i ioni.

Formarea peretelui primar are loc cu procesul de cretere a acestuia n suprafa prin hidroliza legturilor dintre microfibrele, ndeprtarea acestora i refacerea legturilor la noi nivele (intussuscepiune), iar la sfritul etapei de extensie celular, pe faa interioar a peretelui celulozic primar, se depun mai multe straturi noi microfibrele celulozice i lignine, care vor da natere peretelui celulozic secundar (apoziie intern).

La celulele cu creterea ncheiat, perei celulozici secundari conin: 41 45 % celuloz, 30% hemiceluloze, 22 -28 % lignine.Peretele celular sufer i modificri secundare:

cerificarea care const n biosinteza cerurilor n celulele epidermice i depunerea lor pe faa exterioar a pereilor celulari, acest lucru determin reducerea pierderilor de ap din esuturi, prin procesul de transpiraie; cutinizerea const n depunerea cutinei, produs de celulele epidermice, pe faa exterioar a acestora, rezultnd astfel un nveli extern numit cuticul, alctuit din cutin i ceruri, care are permeabilitate redus pentru ap i gaze;

suberificarea const n depunerea unor straturi de suberin pe faa intern a pereilor celulari ai epidermei i ai endodermei ( ex.tuberculii de cartofi);

lignificarea const n impregnarea pereilor celulari cu lignin, care se depune printre fibrele de celuloz. Ligninele sunt polimeri aromatici care intr n compoziia pereilor celulari teriari i le confer rigiditatea caracteristic;

gelificarea const n producerea n exces a substanelor pectice, care n contact cu apaformeaz gome sau mucilagii (ex.fructele de pirsic); mineralizarea const n impregnarea peretelui celular cu dioxid de siliciu la unele plante aa cum sunt gramineele i cu sruri de calciu, carbonat i mai rar sulfat, la unele plante lemnoase, astfel peretele celular cptnd o rezisten mecenic sporit.

Funciile fiziologice ale peretelui celular sunt: confer forma celulelor datorit rigiditii lor i permit o uoar cretere datorit elesticitii lor; asigur transportul apei i al substanelor dizolvate prin spaiile dintre microfibrele celululozice din pereii celulari (apoplast), constituie o barier la atacul microorganismelor, parazite iar substanele fenolitice din pereii celulari, constituie un mijloc de protecie chimic mpotriva atacului patogen, lectinele din pereii celulari particip la recunoaterea bacteriilor simbionte care formeaz nodozitile de pe rdcinile leguminoaselor.Plasmodesmele fac legtura ntre celulele nvecinate, prin porii existeni n pereii celulari, n aceti pori se gsete cte un canicul al reticului endoplastic, care este nconjurat de citoplasm, iar la exterior de plasmalem.Numrul acestora variaz ntre 1.000 i 100.000 i asigur transportul apei i substanelor dizolvate pe cale simplasmic, prin difuziune.Ectodesmele strbat pereii exteriori ai celulelor epidermice i constituie calea de transport a precursorilor cutinei i a cerurilor epicuticulare i a vaporilor de ap eliminai prin transpiraie cuticular.

Membranele plasmatice sunt reprezentate de plasmalem care limiteaz la exterior citoplasma i tonoplast care separ vacuola de citoplasm. Structura membranelor plasmatice este explicat conform ipotezei mozaicului fluid elaborat de Singer i Nicolson (1972). Membranele plasmatice sunt membrane semipermeabile, care asigur transportul apei i constituie o barier pentru substanele dizolvate.

Transportul apei se realizeaz direct prin bistralul de fosfolipide, prin procesul de osmoz, dinspre soluia mai diluat spre cea mai concentrat, sau prin canele numite acvaporin.

Transportul substanelor dizolvate se poate realiza pe cale pasiv i activ cu consum de energie biochimic.

Transportul pasiv se realizeaz prin procesul de: difuziune simpl prin canele proteice care sunt nchise, iar deschiderea lor se realizeaz prin scderea potenialului bioelectric membranal i difuziune facilitat, care se realizeaz cu ajutorul unor proteine transportoare care leag n mod reversibil moleculele ce urmeaz a fi transportate i le trensfer prin canale proteice. n partea opus a canalului molecula este eliberat, iar proteina reface circuitul.

Transportul activ prin membranele plasmatice se realizeaz cu consum de energie cu participarea proteinelor transportoare i conform gradientului de concentraie.

Funciile fiziologice ale membranelor plasmatice sunt: prin transpotul ionilor determin i menin o concentraie mai mare de substane minerale n celule, genernd astfel potenialul bioelectic i potenialul osmotic, asigur compartimentarea celular separnd soluiile din citoplasm i vacuol, au rol i n meninerea parametrilor fiziologici celulari (homeostazia), particip la transportul substanelor pron pinocitoz.Citoplasma este o mas coloidal, translucid, hialian care este nvelit la exterior de plasmalem i n care se gsesc organitele celulare i una sau mai multe vacuole.Substanele componente ale citoplasmei alctuiesc o reea de lanuri polipeptidice. Citoplasma conine un citoschelet reprezentat din microfibrile de actinomiozin. Citoplasma asigur deplasarea organitelor celulare, este mediul n care se desfoar reacii de biosintez i biodegradare. n citoplasm se gsesc dispersate organite celulare care au structur i funcii fiziologice diferite.

Nucleul este prezent la plantele eucariote i reprezint centrul de coordonare a peoceselor vitale care au loc la nivel celular, este organitul cu cele mai mari dimensiuni, avnd forma sferic i este delimitat la exterior de o membran dubl lipoproteic care prezint numeroi pori. Membrana nuclear reprezint un sistem dinamic, ea disprnd n timpul diviziunii celulare i se formeaz din nou la suprafaa celor dou nuclee formate. Interiorul nucleului cuprinde masa fundamental numit carioplasm, care conine 805 proteine, 5 % fosfolipide, 10 % ADN, 3,7 % ARN i 1,3 % ioni. n carioplasm se gsete cromatina , care are o structur granular i este alctuit din ADN, histone, proteine ascide i o cantitate mic de ARN. n timpul diviziunii celulare cromatina se fragnenteaz, formnd cromozomi care sunt purttorii de informaii genetice.Funciile fiziologice ale nucleului sunt: membrana nuclear controleaz schimbul de substabe dintre nucleu i citoplasm, prin intermediul porilor nucleari, cromozomii asigur trensmiterea informaiei genetice la urmai, ARNm rezultat din duplicarea ADN-ului transverseaz membrana nuclear i ajuns n citoplasm se fixeaz pe suprafaa poliribozomilor unde codific sinteza proteinelor, coordoneaz funciile vitale ale celulei, constituid centrul cinetic care declaneaz diviziunea celular.

Plastidele dintr-o celul formeaz plastidomul celular i care este alctuit din proplastide, leucoplaste, cromoplaste, cloroplaste i amiloplaste.

Proplastidele se gsesc n celulele meristematice,avnd astectul unor vezicule mici, care sunt delimitate de o membran dubl lipoproteic, iar n interior se gsesc cteva vezicule.Leucoplastele sunt plastide incolore care se gsesc n organele subterane ale plantelor i n petalele florilor albe.

Amiloplastele reprezint plastide cu rol de depozitare, sunt nvelite de o membran dubl i conin la interior un numr variat de granule de amidon.

Cromoplastele au o form sferic sau alungit i sunt delimitate la exterior de o membran dubl lipoproteic, membrana intern formnd un numr redus de pliuri (tilacoide), iar la interior se gsete stroma care conine globule care conin lipide i plastoglobulii care conin pigmeni carotenoizi care confer culoarea galben caracteristic pentru unele flori sau fructe.

Cloroplastele au o form oval, sferic sau lenticelar, sunt nvelite la exterior de o membran dubl lipoproteic, iar la interior se gsete masa fundamental numit strom, n care se afl cromozomii, enzime, ARN i ADN.Funciile fiziologice ale plastidelor variaz n funcie de tipul acestora i anume:

n cloroplaste are loc procesul de fotosintez, n care CO2 i H2O, n prezena luminii i a clorofilei se sintetizeaz primii compui organici triozele; prima etap a procesului de fotorespiraie, prin care o parte din compuii fotosintetizai sunt biodegradai cu producere de CO2; biosinteza proteinelor specifice cloroplastului, biosinteza unor aminoacizi i a acizilor grai cu 16 i 18 atomi de carbon; reducerea nitrailor la azot amoniacal, n prezena nitrat i nitrit reductazei;

n cromplaste se desfoar biosinteza pigmenilor carotenoizi, care se acumuleaz sub form de plastolobuli; biosinteza acizilor grai, care se acumuleaz sub form de granule osmeofile;

n amiloplaste are loc biosinteza amidonului i biodegradarea acestuia pn la glucoz.

Mitocondriile au forma aoval, delimitate la exterior de o membran dubl i care au capacitatea de a se nmuli prin diviziune. Membrana intern formeaz pliuri perpendiculare pe axa acestui organit, denumite criste. La interior se afl matricea, n care se gsesc ribozomii, acizii nucleici i numeroase enzime. Mitocondriile sunt considerate organite semiautonome deoarece conin genomul lor propriu care codific irca 10 % din proteinele mitocondriale, restul de 90 % se biosintetizeaz n citoplasm. Ele se deplaseaz cu ajutorul curenilor citoplasmatici spre zonele unde cererea de energie este mai mare, pot fuziona sau se pot divide.Funciile fiziologice ale mitocondriilor: n mitocondrie se desfoar etapa final de biodegradare a substanelor de rezerv, ciclul Krebs, din care rezult energie, dioxid de carbon i ap; se desfoar etapa a treia a procesului de fotorespiraie; are loc ciclul respirator alternativ, n care nu se produce energie biochimic (ATP); areloc biosinteza unor proteine mitocondriale n prezena ribozomilor din matricea mitocondrial i a ARN-ului mitocondrial; n ciclul Krebs se biosintetizeaz acizii organici; n mitocondrii are loc o etap intermediar a procesului de gluconeogenez, prin care n seminele oleaginoase de exemplu, se biosintetizeaz glucide.Recticulul endoplastic este alctuit din canalicule, vezicule i cisterne ultramicroscopice, nvelite de o membran simpl, lipoproteic, care este strbtut de numeroi pori, fiind un organit dinamic i modific n permanen forma.

Reticulul endoplastic din punct de vedere structural este reticul endoplastic rugos care este situat n apropierea nucleului, membrana lui aflndu-se n legtur cu membrana nucleului, iar pe suprafaa cesteia , n dreptul porilor care strbat membrana se gsesc ataai poliribozomii i reticulul endoplastic neted ale crui canalicule trec dintr-o celul n alta, prin plasmodesm (desmatubuli) asigurnd legtura simplasmic dintre acestea.Funciile fiziologice ale reticulului endoplasmatic suunt: ribozomii de pe reticulul endoplasmatic rugos biosintetizeaz proteine plastice, proteine de rezerv i unele protein enzime, care ptrund n acest organit prin pori. Proteinele de rezerv se depoziteaz la captul caniculelor care se dilat i se tranguleaz, formnd vezicule proteince; n reticulul endoplasmatic neted ptrund acizii grai sintetiai n cloroplaste, care sunt transformai n ali acizi grai sau sunt utilizai n reacia de esterificare a glicerolului i de formare a lipidelor. Acestea se acumuleaz n terminaiile caniculelor care se dilat i se tranguleaz formnd sferozomii (oleozomii). Din reticulul endoplastic se formeaz complexul Golgi, veziculele proteice, sferozomii, lizozomii i plasmalema.Complexul Golgi este alctuit din cisterne turtite, asemntoare cu nite dicsuri, din tubuli sau vezicule, acoperite de o membran simpl.

Funciile fiziologice ale complexului Golgi const n: biosinteza acizilor galacturonici din care s eformeaz substanele pectice ce alctuiesc lamela median, precum i a nuor substane care intr n structura pereilor celulari primari i secundari; proteinele provenite din reticulul endoplasmatic rugos glicozilate i utilizate pentru formarea de glicoproteine complexe; veziculele glogiene transport substanele care intr n structura lamelei mediane i pereilor celulari.

Peroxizomii au form sferic sau elipsoidal, care au la suprafa o membran simpl, iar la interior se afl matricea fin granulat care conine diferite incluziuni cristaline care reprezint peroxidaze cristalizate i numeroase enzime.

Funciile fiziologice ale peroxizomilor sunt: n peroxizomi se desfoar etapa a doua a procesului de fotorespiraie; prezena lor determin procesul de edscompunere a apei oxigenate.

Lizozomii au forma sferic care la exterior au o membran lipoproteic trilamelat, iar la interior granule ce constituie suportul enzimelor. Membrana lizozomilor conine pompe de protoni, care menin un ph acid la interiorul acestora, optim pentru activitatea hidrolazelor, care particip la procesele de digestie intracelular, precum i la procesele de aprare a celulelor mpotriva agenilor patogeni.

Glioxizomii au forma sferic care la exterior au o membran lipoproteic simpl, formndu-se din reticului endoplasmatic, iar emzimele provin att din reticulul endoplasmatic ct i din citoplasm.

Funciile fiziologice ale glioxizomilor sunt: biodegradarea acizilor grai prin procesul de -oxidare, proces din care rezult acetil CoA; ciclul acidului glioxilic n care din acetil CoA se formeaz acidul succinic.

Ribozomii denumii i granulele lui Palade, au form sferic de natur ribonucleoproteic, se gsesc n citoplasm n stare liber, sau asociate cu reticulul endoplasmatic rugos, sau n cloroplate i mitocondrii. n interior se gsesc microfibrele ncolcite coninnd ARNr, proteine de structur de tipul histonelor i cantiti mici de ioni, pe suprafaa acestor organite se fixeaz ARNm care conine informaia genetic participnd la biosinteza substanelor proteice.Microtubulii au forma cilindric, care se afl liberi n citoplasm, sau asamblate n structura citoscheletului.

Funciile fiziologice ale microtululilor sunt: formarea fusului de diviziune n timpul mitozei, ntr n alctuirea citoscheletului, au rol n orientarea deplasrii veziculelor transportoare, orienteaz direcia de formare a microfibrelor celulozice din pereii celulari.

Sferozomii sunt vezicule provenite din reticulul endoplastic neted. La exterior sunt nvelii de o membran alctuit dintr-un singur start de proteine i lipide, iar la interior se gsesc depozitate lipidele de rezerv. Aceste vezicule se gsesc n numr mare n seminele plantelor leaginoase.

Veziculele proteice conin proteine de rezerv i au la exterior o membran simpl. Se formeaz din reticulul endoplasmatic rugos la seminele de cereale, din complexul Golgi la seminele de orez i din vacuole la cele de soia.Vacuomul este alctuit din totalitatea vacuolelor care se gsesc dispersate n citoplasm., la maturitate ocup 95 % din volumul celulei. Sunt delimitate la exterior de o membran semipermeabil numit tonoplast, n interiorul cruia se gsete sucul vacuolar alctuit ap, glucide, aminoacizi i substane secundare: glicozizi, alcaloizi, taninuri, acizi organici, pigmeni antocianici, flavone, calcone, aurone, substane anorganice etc.

Funciile fiziologice ale vacuomului: depozitarea substanelor active; determinarea micrilor de nchidere i deschidere a somatelor; sunt considerate rezervoare pentru substanele secundare, care pot avea efect toxic asupra citoplasmei; reprezint un compartiment digestiv; acumularea pigmenilor flavonoizi n vacuolele celulelor unor flori sau fucte determin culoarea acestora: roie, galben, albastr; acumularea de substane ca: alcaloizii, glicozizi, chinone, etc.; Diviziunea celular este de dou feluri: direct (meioza), ntlnit la celulele aflate pe cale de degenerare, n timpul creia nu se formeaz filamentul nuclear i cromozomii i indirect (mitoza) se ntlnete la celulele somatice i cuprinde patru faze: profaza, metafaza, anafaza i telofaza. Perioada de refacere a celulei ntre dou diviziuni se numete interfaz. Meioza asigur trecerea de la starea diploid la starea haploid a celulei.