BOTANICA FARMACEUTICA

CURS NR 1

Disciplina Biologie vegetală și animală – modul I

Cadre didactice:Coordonator activitate didactică –

Șef lucr. dr. Bianca IvănescuAsistent univ. dr. Cristina Lungu

Conf. dr. Ionescu AdrianFarm. dr. Elena Crețu

Descrierea cursului

Semestrul I –Botanică generală : citologie, histologie, organografie - 7 credite

Semestrul II – Botanică sistematică : clasificarea plantelor superioare și descrierea celor mai importante plante medicinale și a familiilor lor - 6 credite

Metoda de evaluare

Examen scris (subiecte + teste grilă) 50% Examen practic 35% Evaluare pe parcursul semestrului 15%

Prezența la laborator este obligatorie Studenții cu 2 sau mai multe absențe nu vor putea

susține examenul

Botanică – generalități

- Definiție: ● disciplina biologică care studiază plantele din toate punctele de vedere, începând de la primele forme ale materiei vii vegetale și până la cele mai evoluate forme de diferențiere ale ei (plantele superioare)

● un complex de discipline, de fapt - studiul celulei și al materiei vii vegetale; - studiul asocierii celulelor în țesuturi; - studiul asocierii țesuturilor în organe; - studiul asocierii organelor in alcatuirea

organismelor vegetale.

o impartire ce se mai pastreaza si azi din motive didactice

→ botanica generala (citologie, histologie, organografia si functiile fiziologice ale plantelor)

→ botanica sistematica sau taxonomia (aranjarea plantelor intr-un sistem natural de clasificare)

CITOLOGIA

CELULELE = unitati morfo-functionale de organizare a lumii vii; cu studiul lor se ocupa o disciplina bine conturata = CITOLOGIA

Primele observatii referitoare la prezenta celulelor – in legatura cu aparitia microscopului optic – Hooke (1667) - “cella“ – celula = unitate de baza stucturala si functionala a tuturor organismelor vii, animale si vegetale

Materia vie este unica, nesesizandu-se deosebiri esentiale intre materia vie vegetala si cea animala

↓

aceasta mai ales daca ne referim la infrastructurile asemanatoare → ideea de citologie generala sub forma de biologie celulara, comuna atat pentru plante cat si pentru animale

PLANTA VERDE este unicul factor fotosintetizator in lumea vie, deci capabil sa produca substante organice → regnul vegetal are o importanta deosebita

DEOSEBIRI INTRE CELULA VEGETALA SI ANIMALA

Diferente morfologice – marimea celulelor vegetale depaseste cu mult pe cea a celor animale, dar gradul de diferentiere este mai mic la cele vegetale, adica exista mai putine tipuri morfologice;

Diferente structurale

- Peretele celular, prezent de obicei la celulele vegetale este rigid, deosebindu-se din punct de vedere al compozitiei chimice de protoplasma – e de natura celulozica

- Prezenta vacuolelor – rezulta din cresterea in lungime a celulelor vegetale; pe baza lor are loc o diferentiere a proceselor osmotice si o generalizare a curentilor citoplasmatici

- Prezenta plastidelor si in special a cloroplastelor → confera capacitate de sinteza proprie – capteaza energia solara inmagazinand-o sub forma de energie potentiala → aceasta face din celula vegetala o adevarata “uzina a biosferei”, un microcosmos necesar pentru mentinerea vietii pe pamant

DEOSEBIRI INTRE CELULA VEGETALA SI ANIMALA

DEOSEBIRI INTRE CELULA VEGETALA SI ANIMALA

Diferente chimice – substante proprii celulei vegetale → ex: celuloza (constituent al peretelui celular) si amidonul (substrat energetic fundamental); ambele sunt glucide si pot fi sintetizate numai de catre celula vegetala

Diferente biochimice – transformarea energiei fotochimice acumulate in energie activa, ocolind energia calorica;

Diferente fiziologice – se refera la potenta de crestere si un oarecare grad de independenta pe care si-l pastreaza chiar in tesuturi.

MORFOLOGIA SI STRUCTURA CELULEI VEGETALE

CELULA = unitatea biologica si biochimica a organismelor, iar diferentele intre cele 2 regnuri constau in 3 caractere specifice celulei vegetale:

- prezenta plastidelor (in special a cloroplastelor)- prezenta aparatului vacuolar- prezenta peretelui celular = membrana pecto-celulozica

Arhitectonica celulei vegetale – complexa si completa

Aspectul morfologic (forma, marimea celulei) Structura celulei

- structura anatomica (constituenti celulari comuni si speciali)- structura functionala

Structura functionala face deosebirea intre: componentul activ din punct de vedere biologic (protoplasma) componentul inert (paraplasma: vacuole + incluziuni solide) scheletul celulei (alloplasma = peretele + cuticula) anexele (metaplasma = cilii si flagelii)

Aspectul morfologic al celulei (forma si marimea)

a) forma depinde de mediu, pozitia in tesut si functia indeplinita.

La celulele libere forma depinde de prezenta sau absenta peretelui celular

● celule fara perete (gimnoplaste) - forma nu e stabila, se shimba de la un moment la altul

● celulele cu perete (dermatoplaste) au forma de obicei sferica, stabila sau una apropiata derivata din forma sferica

La celulele asociate in tesuturi → forma lor

depinde de pozitia pe care o ocupa, ca si de

raportul dintre axa logitudinala si cea

transversala:

celulele izodiametrice (parenchimatice) au

axele egale

Ex: ovale, poligonale, stelate, semilunare,

lenticulare etc.

celulele anizodiametrice (prozenchimatice) au

axele inegale

Ex: fusiforme, prismatice, cilindrice, spiralate,

in forma de bastonas

b) marime:

- De regula - dimensiuni microscopice: intre 20-70 microni

- Exceptii sau variatii: bacterii cu celula < 20 microni sau celule din

pulpa fructului de portocal = 2 cm, fibre textile (in, canepa) = 6 -7 cm

STRUCTURA (ARHITECTONICA) CELULARA

CELULA = un tot unitar din punct de vedere structural si functional Totusi pentru o mai buna cunoastere vom proceda la descrierea

separata a constituentilor, a organitelor celulare; unele organite se

pot observa cu microscopul optic, iar altele doar cu cel electronic →

citologia ultrastructurilor

Constituentii celulari – clasificare: Componentul biologic activ = protoplasma sau protoplastul –

cuprinde citoplasma, membrana plasmatica, nucleul, plastidele,

mitocondrii, reticul endoplasmatic, ribozomi, aparatul Golgi,

lizozomi. Componentul inert = paraplasma cuprinde incluziuni ergastice

lichide (vacuole, suc celular si uleiurile) si incluziuni ergastice solide

(amidon, aleurona, cristale de oxalat de calciu)

Componentul biologic activ (protoplasma) Este element structural care nu poate lipsi din nici o celula vie Se caracterizeaza prin prezenta mediului apos in care sunt dispersate

substante cu greutate moleculara mare ce sunt organizate la nivel molecular intr-o ultrastructura complexa → aceasta determina proprietatile fizice, chimice si fiziologice

a) Proprietati fizice ale protoplastului- starea coloidala – 2 componente:

● mediul de dispersie

● faza dispersa (dispersatul)

Starea coloidala se poate prezenta sub 2 forme: - solul coloidal

- gelul coloidal

A. Solul coloidal: particulele sunt dispersate intr-un mediu de dispersie abundent

- “solurile” au o mare fluiditate si fac trecerea de la solutiile adevarate la suspensii

B. Gelurile coloidale → au o anumita rigiditate si elasticitate, prezinta o stare intermediara intre cea lichida si cea solida; particulele gelurilor se ating intre ele → structura de retea fina, in ochiurile careia se dispune mediul de dispersie

Dupa afinitatea pe care o au: soluri si geluri hidrofile soluri si geluri hidrofobe

In cazul protoplastului sistemul coloidal este reprezentat prin dispersat = complex de micele si un mediu de dispersie apos

- micelele = agregate moleculare suspendate in mediu de dispersie

Sistemul coloidal al protoplastului prezinta caracterele coloizilor hidrofili, dar se comporta ca un sistem aparte, in raport cu coloizii inerti.

Astfel se gasesc si la protoplast caractere care sunt intalnite si la coloizii inerti:

De a nu dializa De a coagula la actiunea temperaturii, a alcoolului De a prezenta un punct izoelectric = pH-ul la care

sarcinile electrice se anuleaza De a trece din sol in gel si invers (tixotropie) – la nivelul

protoplastului exista concomitent zone de sol coloidal si zone de gel coloidal cu trecerea spontana din una in alta = stare de echilbru a citoplasmei.

Efectul Tyndall → nu apare la coloizii hidrofili, deci si protoplastul observat la microscop este omogen sau “optic vid”. Daca protoplastul este supus actiunii unui factor alterant → apare efectul Tyndall datorita coagularii

Efectul Tyndall

In concluzie,

Sistemul coloidal protoplasmatic este deosebit de sistemele

coloidale inerte printr-o serie de caractere proprii; astfel el se poate

autoregla cumuland concomitent atat caractere de lichid cat si de

solid

Apar zone de - gel coloidal (membranele plasmatice, plasmalema

si tonoplastul)

- sol coloidal (endoplasma)

Gelul coloidal (plasmagelul) determina structura protoplastului, iar solul coloidal (plasmasolul) este sediul metabolismului celular

b) Proprietati chimice ale protoplastului Sunt conferite de substantele macromoleculare care pot constitui: elemente structurale din masa protoplastului substratul fundamental al protoplastului substantele de protectie ale protoplastului substante cu proprietati catalitice purtatori ai informatiei ereditare

Citoplasma (protoplasma)

Componentul de baza in care se cuprind toate celelalte elemente structurale care alcatuiesc celula (in afara membranei)

Este un sistem instabil si sensibil la toti factorii care influenteza raportul apa/macromolecule

Gradul de complexitate si dezvoltare al citoplasmei variaza functie de cresterea si dezvoltarea celulelor si daca celula are sau nu un nucleu figurat

Citoplasma = sistem biologic instabil cu o evolutie structurala de la organismele inferioare la cele superioare

- nu este totusi o masa uniforma - are 2 componenete: - masa fundamentala

- organitele subcelulare (submicroscopice)

Masa fundamentala (matricea, hialoplasma) reprezinta mediul intern al celulei, capabil de a desfasura toate

functiile ei fiziologice este sediul de desfasurare a metabolismului rol de legare a tuturor organitelor din edificiul celulei (matrice) coordoneaza si regleaza toate formele de activitate pe care le

presteaza celula (hialoplasma) imprima caracterele fizice si chimice ale citoplasmei

Caracterele fizice ale hialoplasmei

Este optic vida (la examinarea cu microscopul optic) La examinarea cu microscopul electronic – abundenta de

granulatii = ribozomi, se disting 2 microformatiuni - filamentele

- microtubulii = formatiuni alungite cu diametrul de 40 Å si orientati in directia de crestere in lungime a celulei;

Rolul microtubulilor: geneza membranelor plasmatice in vecinatatea carora sunt dispusi miscarea citoplasmatica geneza fusului de diviziune (numarul lor creste foarte mult in timpul

diviziunii celulare)

Citoscheletul celulei = microtubuli si filamente

Caracterele chimice ale hialoplasmei

apa (85%) proteine (constituenti de baza): structurale (solubile) functionale (enzime) acizi nucleici (10-20% din ARN) glucide aminoacizi nucleozide

Din punct de vedere fiziologic, hialoplasma este mediul in care sunt dispuse toate celelalte organite; acestea gasesc aici componentele necesare pentru construirea lor si tot aici isi deverseaza produsii.

De aceea se considera ca hialoplasma este sediul tutoror reactiilor biochimice - biosinteze cu incorporare de energie

- reactii de degradare care elibereaza energia acumulata

MEMBRANELE PLASMATICE Sunt structuri citoplasmatice de grosimi foarte mici (75 Å)

fiind vizibile numai la microscopul electronic Sunt dispuse la suprafata sau in interiorul citoplasmei Prezinta 2 fete → una vine in contact cu hialoplasma

→ cealalta vine in contact fie cu mediul inconjurator, fie cu un alt mediu intern

Se considera ca au o structura trilamelara: 2 lamele dense cu o grosime de 20Å fiecare intre aceste 2 lamele este o a treia lamela cu grosimea

de 30Å● aceste membrane se constituie in sisteme de membrane

care divizeaza citoplasma in zone functionale: 1. Plasmalema2. Tonoplastul

1. PLASMALEMA (pelicula ectoplasmatica)

Exista atat la gimno- cat si la dermatoplaste Ultrastructura plasmalemei – are structura

caracteristica membranelor plasmatice - 2 straturi proteice marginale

- la mijloc un strat dublu de fosfolipide cu partile hidrofile spre proteine si cele hidrofobe fata in fata

Singer si Nicolson (1972) – fosfolipide dispuse intr-un strat

bimolecular discontinuu, ca un lichid vascos in care se dispun proteine globulare = MODELUL MOZAICULUI FLUID – bine studiat la celula animala si la cea vegetala

MODELUL MOZAICULUI FLUID

exista posibilitatea de miscare a fosfolipidelor, lateral ca si a proteinelor

proteinele globulare pot patrunde partial in dublu strat lipidic (proteine periferice) sau pot strabate integral acest strat (proteine transmembranare)

glicocalix (exterior) si citoschelet (interior) scurte catene glucidice – legate de proteinele globulare =

la fata externa (glicocalix) intreaga structura → fluida, proteinele plutind pe o “mare”

lipidica citoscheletul – alcatuit din 2 tipuri de filamente proteice:

microtubuli si filamente de actina

MODELUL MOZAICULUI FLUID

Proprietatile fiziologice ale plasmalemei

semipermeabilitate selectiva cu un fenomen de “transport activ” la nivelul ei; energia necesara pentru acest transport activ este furnizata de ATP

- transportul activ al ionilor prin plasmalema

- pinocitoza (inglobare de picaturi de lichid)

Plasmalema asigura si comunicatia de la o celula la alta prin intermediul plasmodesmelor → strabat porii fini din membranele invecinate, asigurand o continuitate a citoplasmei de la o celula la alta.

2 .TONOPLASTUL este o membrana lipoproteica

care inconjoara vacuola (vacuolele)

are o structura analoaga cu a reticulului endoplasmatic si a plasmalemei

se aseamana cu plasmalema in privinta compozitiei chimice si prin caracterul de semipermeabilitate

din punct de vedere al originii – se crede ca provine din reticulul endoplasmatic

RETICULUL ENDOPLASMATIC(sistem vacuolar citoplasmatic, sistem vacuolar

endoplasmatic)

este un sistem intracitoplasmatic ce formeaza o textura foarte heterogena:

→ cavitati delimitate de membrane fine, cavitati diferite ca forma si marime

→ se gasesc si spatii drepte si alungite - microtubuli si canalicule → membranele pot conflua intre ele sau pot trece una in alta => “curent de membrane” => structura dinamica

pe baza acestei structuri se explica posibilitatea ca reticulul endoplasmatic sa dea nastere la formatiuni cu aspectul de saculeti aplatizati suprapusi ca si la formatiuni de aspect microtubular (cu diametrul de 200-300Å) =>prezinta polimorfism – structura mai mult sau mai putin spongioasa

RETICULUL ENDOPLASMATIC

Dupa aspectul morfologic, membranele reticulului endoplasmatic sunt:

1. membrane netede (beta-citomembrane)2. membrane rugoase (alfa-citomembrane, membrane

granulare)3. gamma-citomembrane – intra in componenta altor

formatiuni intracitoplasmatice Compozitia chimica a membranelor reticulului endoplasmatic:

fosfolipide, protide structurale si enzime (fosfataza) => natura lipoproteica

- se indica si prezenta ARN-ului care intra in structura acestor membrane, pe langa ARN-ul care intra in componenta ribozomilor

Rolurile reticulului endoplasmatic

Data fiind asemanarea cu membranele plasmatice superficiale si membranele reticulului endoplasmatic vor prezenta semipermeabilitate, regland functiile osmotice din celula

Functiuni legate de metabolismul celular: participarea la biosinteza de substante si vehicularea lor in

masa citoplasmei colectarea si depozitarea lor eliminarea de produsi de excretie (“sistem circulator”)

Raporturile reticulului endoplasmatic cu alte elemente structurale ale citoplasmei

- la nivelul membranei plasmatice superficiale => contingente

- la nivelul membranei perinucleare

Raporturi directe cu - sistemul vacuolar al celulei

- aparatul (reticular) Golgi

Importanta biologica:

- determina structura si ultrastructura citoplasmei

- asigura formarea si transportul substantelor in celula

Reticulul endoplasmatic

1 Nucleu2 Pori nucleari    3 Reticul endoplasmatic rugos

   4 Reticul endoplasmatic neted

  5 Ribosomi si reticul

endoplasmatic rugos    6 Proteine transportate  7 Vezicule de transport    8  Aparatul Golgi    9 Fata cis a aparatului Golgi    10 Fata trans a aparatului

Golgi 11 Cisterne ale aparatului

Golgi

RIBOZOMII (granulele lui Palade)

cele mai mici organite celulare atasate de reticulul endoplasmatic, dar pot fi si dispersate = component granular

numarul lor e mai mare in celulele tinere si se reduce pe masura imbatranirii

cei liberi se pot asocia in grupe, rozete, catene sau formatiuni helicoidale => poliribozomi (polizomi)

Din punct de vedere chimic: ribonucleoproteide cuprinzand aproximativ 50-60%

din totalul de ARN din celula fosfolipide

Importanta ribozomilor

la nivelul lor are loc biosinteza majoritatii proteinelor celulare

sunt “lectorii” (cititorii) ARN-ului mesager asambland aminoacizii in catene polipeptidice

sunt dispersati in hialoplasma → inactivi se activeaza numai sub forma de poliribozomi cand polizomii sunt - liberi = proteinele sintetizate raman

in hialoplasma

- atasati de reticulul endoplasmatic = proteinele se acumuleaza in cavitatile acestuia

Ultrastructura ribozomilor:

- sunt formati din 2 subunitati

hemisferice lipite una de cealalta, iar

in polizomi, ribozomii constituenti sunt

legati prin filamente cu diametrul de

15Å → in aceasta stare ribozomii se

ataseaza de o molecula de ARN

mesager, citind in lungul acesteia

codul de succesiune a aminoacizilor

in sinteza moleculei polipeptidice ce

se obtine

Sinteza proteica la nivelul ribozomilor

Aparatul reticular al lui Golgi (aparat reticular intern, aparat Golgi, sistem Golgi, dictiozomi, gangliozomi)

Pozitia si forma acestuia variaza de la caz la caz in celule, functie de:

a) Starea de maturitate (lipseste in cele tinere si batrane)b) Starea fiziologica a celulei (dezvoltat la celule secretoare)c) Lipseste la celulele anucleate, bacterii, alge albastre

Ultrastructura aparatului Golgi – 3 elemente distincte: membrane cu contur dublu, alcatuiesc pachete de cisterne formatiuni cu aspecte de - vezicule

- vacuole → situate marginal si dau impresia ca se desprind de pe marginile aparatului Golgi

De fapt membranele reticulului endoplasmatic se aseamana cu structura membranelor suprapuse din aparatul Golgi, cu deosebirea ca in aparatul Golgi grosimea membranei e mai mica (60-80Å), iar la reticulul endoplasmatic = 150Å

Pachetele de membrane pot da nastere la spatii intre membrane = spatii care reprezinta locul de geneza al veziculelor, iar pe marginea lor largirea spatiilor din strcutra membranelor da nastere la vacuole ce se desprind

Compozitia chimica a aparatului Golgi foarte heterogena foarte greu de definit din punct de vedere chimic contine lipoproteide si fosfatide un complex enzimatic a carui componenta se afla sub

controlul activitatii hormonale

Rolul aparatului Golgi

cercetarile lui Cajal (1914) si Bowen (1929) au stabilit rolul aparatului Golgi in functiunea celulelor secretoare

rol in metabolismul celular – in aparatul Golgi are loc o condensare ca picaturi sau granule de: lipide, enzime, hormoni, pectine; acestea pot ramane in masa citoplasmei sau pot fi eliminate in afara celulei

Relatia dintre aparatul Golgi si geneza peretelui celular

Pe marginea aparatului Golgi inmuguresc vacuole cu continut dens care migreaza spre membrana plasmatica superficiala prin care isi varsa continutul in afara celulei; acest continut de natura polizaharidica = pectine, se adauga la constituentii celulozici ai membranei scheletice (perete celular) – contribuind la ingrosarea sa.

Datorita continutului in fosfataza acida – ar avea relatii si cu lizozomii = sediul digestiilor celulare

LIZOZOMII (corpusculi litici)

Ultraformatiuni bogate in hidrolaze (fosfataza acida, ribonucleaza) neavand o structura vizibila la microscopul optic sau electronic

Evidentierea lor = pe cale biochimica (ultracentrifugarea omogenatelor celulare)

= prin metode histochimice (determinarea enzimelor hidrolizante – in special fosfataza acida)

Aceste determinari (biochimice, histochimice) au condus la concluzia ca este vorba de 2 forme:

1. lizozomii primari = transportorii enzimelor litice la locul de liza intracelulara

2. lizozomii secundari (incluziuni) = formatiuni in care au loc fenomene de hidroliza

Rol: distrugerea (prin hidroliza) unor teritorii celulare sau chiar a

intregului continut celular

la celula vegetala: fragmozomi (la inceput)

alte formatiuni ce contin oxidaze si catalaze – microcorpusculi

(peroxizomi)

Lizozomii