Qual’è la Composizione della Parete Cellulare Vegetale
La parete cellulare vegetale, è un argomento inaspettatamente lungo e complesso; chiunque non abbia studiato botanica a livello universitario non se lo aspetta, ma racchiude un infinità di concetti e sotto categorie.
Così ho deciso di dividere questo argomento, in tanti piccoli articoli; per rendere più semplice la comprensione ed il ritrovamento di nozioni teoriche.
Infatti questo è il secondo articolo, riguardante la struttura, funzioni, nascita e composizione della parete cellulare vegetale:
- Introduzione alla patere cellulare
- Composizione della parete cellulare (ovvero questo articolo)
- Biosintesi dei componenti della parete cellulare
- Specializzazioni della parete cellulare
- Proprietà e funzioni della parete cellulare
Indice
- Lamella mediana, parete primaria, parete secondaria
- I componenti della parete cellulare vegetale
- La struttura della cellulosa beta 1-4
- Il cellobiosio la cellulosa e le microfibrille
- I componenti della matrice della parete cellulare
- Come leggere i polisaccaridi
- L’emicellulosa
- Le pectine
- Le proteine della parete cellulare vegetale
- Il ruolo dell’estensina
- La lignina
Lamella mediana, parete primaria, parete secondaria
La parete cellulare vegetale è un organulo caratterizzato da delle proprietà di forte spessore e rigidità, utile nella protezione da un eccessivo assorbimento di acqua; ma soprattutto nel dare ovviamente una sorta di resistenza meccanica alla pianta.
è possibile anticipare che è formato da 3 strati: la lamella mediana, la parete primaria e la parete secondaria.
Ognuno di questi strati, è caratterizzato da una composizione differente di sostanze, ed ha una biogenesi differente.
Ciò che per adesso può interessarci, è che questi strati si creano in base al tempo di vita e funzione della zona della pianta.
Una tessuto giovane della pianta, possiederà esclusivamente la lamella mediana e la parete primaria.
Un tessuto adulto della pianta, possiederà la lamella mediana, la parete primaria e la parete secondaria.
I componenti della parete cellulare vegetale
Possiamo tranquillamente affermare, che la parete cellulare vegetale è costituita da due componenti generali.
Il primo componente è quello che si definisce, gruppo fibrillare cellulosico, ovvero quell’insieme di componenti con struttura a fibre, di cui la base è la cellulosa.
Il secondo componente della parete, è invece il gruppo di proteine e polisaccaridi che ne compongono la matrice.
La struttura della cellulosa beta 1-4
La cellulosa è il polimero di struttura delle piante, e questa nozione deve essere ben chiara fin da subito.
è un puro polimero di glucosio, ma anche se ha una conformazione zuccherina, grazie a dei forti legami chimici che lo rendono molto resistente e non commestibile dagli esseri umani.
Tolta questa premessa, possiamo andare a notare che la cellulosa è un unione di migliaia di monomeri di glucosio.
Nello specifico è un polimero di beta 1-4 glucosio, ovvero una lunga catena di glucosio legati tramite i carboni 1 del primo monomero, al carbonio 4 del secondo monomero.
Il secondo monomero in posizione 1, rilegherà un nuovo glucosio tramite la sua posizione 4, e cosi via per migliaia di volte.
Si dice beta glucosio, per la posizione dell’OH nel piano orbitale, cosa già ben spiegata nell’articolo introduttivo della parete cellulare.
Il cellobioso la cellulosa e le microfibrille
L’unione di questi glucosio, va a formare una forma intermedia della cellulosa, il cellobiosio.
Infatti, per essere ancora più specifici, due glucosi si legano, formando un cellobiosio; e successivamente i vari cellobiosio si legheranno fra di loro, costituendo catene lunghissime.
Quindi è possibile affermare che il cellobioso è un dimero di glucosio beta 1-4.
Nel momento in cui si forma il cellobioso, uno dei due glucosi si ruota leggermente, per evitare un ingombro sterico; permettendo successivamente di formare dei legami ad idrogeno fra più filamenti.
Più filamenti assieme, andranno poi a formare delle strutture chiamate microfibrille.
Quindi, quando 30 o più filamenti di cellulosa si uniscono fra di loro, daranno origine a una microfibrilla.
Queste sono le vere strutture base della parete cellulare vegetale.
Da un punto di vista geometrico, queste fibre sono tutte organizzare in modo regolare, in veri e propri fasci.
Quando si arriva a questo punto di sintesi, iniziano ad apparire le prima caratteristiche fisiche; infatti le microfibrille sono molto resistenti e hanno una forte resistenza meccanica.
Da questa fase, viene anche acquisita la proprietà dell’essere completamente insolubile in acqua.
I componenti della matrice della parete cellulare
Le microfibrille che abbiamo appena trattato, vengono depositate nella matrice.
Ritrovandosi cosi in una soluzione ricca di acqua, emicellulosa, pectine, proteine.
Come leggere i polisaccaridi
Allora, come possiamo ben capire dai termini appena utilizzati, nella matrice sono presenti molti polisaccaridi.
I polisaccaridi sono un unione di più zuccheri, acquisendo cosi i nomi più disparati possibili.
Possiamo però applicare una facile regola, per poterli comprendere in modo migliore.
Il nome del polimero, spesso acquisisce il suo nome dal componente principale del quale è costituito.
Quindi se leggiamo Xilano, vorrà dire che sarà un polimero di Xilosio.
Un Glucano, sarà un polimero di glucosio, e cosi via.
Questa regola però vale solo per quelli che vengono definiti polimeri lineari; ovvero lunghe catene di componenti, senza diramazioni.
Per i polisaccaridi ramificati sussiste un altra regola, il nome iniziale è composto dalla catena laterale; mentre il nome finale sarà la struttura principale del composto.
Quindi un Galattoglucano, sarà una lunga catena di glucosio (glucano) con dei galattosio ripetuti in struttura laterale
Esistono ovviamente delle eccezioni, ma non complichiamoci la vita.
L’emicellulosa
Le emicellulose sono un gruppo di polisaccaridi che si ritrovano all’interno della matrice della parete cellulare.
Sono composti da una sequenza ripetuta di xiloglucani e xilani
Lo xiloglucano è un polimero di glucosio beta 1-4, con xilosio legato in posizione 6.
Lo xilano è invece un polimero di xilosio beta 1-4, con del rabinosio.
Ciò che a noi interessa, è che queste emicellulose hanno la capacità di formare dei legami ad idrogeno.
Questi legami ad idrogeno, vengono creati fra la emicellulosa e diverse microfibrille di cellulosa differenti.
Creando cosi strutture più complesse e resistenti.
Queste strutture molto resistenti, poi andranno a costituire il vero scheletro della parete cellulare.
Ovviamente ogni pianta, in base alla sua specie ma anche in base alle condizioni ambientali, avrà una componente chimica differente, però come regola base, quella che è stata appena descritta è valida.
Le pectine
Le pectine sono un altro dei grandi componenti della matrice della parete cellulare vegetale.
Sono strutture composte prevalentemente da carboidrati, semplici e complessi.
In maggiore quantità è presente l’acido galatturonico, un comune zucchero che però possiede un gruppo ossidrilico (OH).
Successivamente si ritrovano diverse quantità di molti zuccheri, fra cui il galattosio, il comune zucchero che ritroviamo nel latte; il ramnosio ma anche l’arabinosio.
La composizione corretta di tutti questi zuccheri è difficile da appurare, in quanto da pianta a pianta possono esserci delle variabili.
Comunque i componenti più presenti sono quelli appena citati.
Tutti questi zuccheri semplici, andranno poi a costituire i vari zuccheri complessi con differenti nomi complessi che ritengo superfluo riportare ad elenco.
Ciò che a noi interessa di questi zuccheri dai nomi particolari, è che grazie ad alcune delle loro proprietà chimiche, si viene a creare una sorta di gelificazione.
Mentre altri lavorano per rendere la parete ancora più solita formando ulteriori legami covalenti.
infatti in cucina, vengono spesso utilizzate le pectine per addensare o rendere gel dei prodotti.
Le proteine della parete cellulare vegetale
Oltre che a tutti i componenti citati prima, all’interno della parete cellulare vegetale sono presenti anche diversi complessi di proteine.
Alcuni più importanti, alcuni meno, ora andremo ad analizzarli uno ad uno, con estrema semplicità; è possibile, anche qua, fare una divisione per gruppi.
- PRP proteine
- GRP proteine
- AGP proteine
- HRGP proteine
Le sigle sono facilmente riconoscibili in base ad una maggiore presenza di determinati amminoacidi.
Le PRP sono ricche di prolina, le GRP sono ricche di glicina, le AGP sono ricche di arabinogalattano e le HRGP sono ricche di idrossiprolina.
Ovviamente è inutile parlare di composizioni o percentuali; in quanto sono variabili da pianta a pianta; ricordando che nella botanica esistono più di 600.000 piante elencate.
Spesso tali proteine, sono glicosilate, ovvero vengono aggiunte delle catene di zuccheri a determinati amminoacidi.
Il motivo è sempre lo stesso, la glicosilazione aumenta il numero di legami chimici che si possono attuare, e di conseguenza la resistenza di tale composto.
In pratica ogni composto aiuta la parete cellulare ad essere sempre più resistente.
Il ruolo dell’estensina
Una particolare proteina, facente parte di questi gruppi è l’estensina, che ha un ruolo fondamentale per noi studiosi.
Infatti, l’estensina è una sorta di proteina marker, che ha il ruolo di farci capire quando la distensione della parete è terminata.
Ovviamente l’argomento estensione e differenziazione della parete cellulare, verrà trattato in un articolo a sua parte.
La lignina
Finalmente siamo giunti all’ultimo componente rilevante della parete cellulare (finalmente).
La lignina, è un polimero, che si ritrova solamente nelle pareti cellulari secondarie.
Ha un estrema importanza, perché è quella molecola chimica che permette la creazione di ciò che noi conosciamo e chiamiamo legno.
Da un punto di vista chimico è un polimero fenolico, derivato dalla fenilalanina.
è estremamente idrofobica e rigida, ed ha una forte resistenza alla compressione.
è costituita principalmente da diversi composti, che cambiano in base alle piante nel quale la ritroviamo.
I più importanti sono comunque l’alcol coniferilico, sinapilico e cumarilico; detti anche lignoli.
Il fenomeno chiave da comprendere è che la lignina si unisce alla cellulosa, creando un composto incredibilmente resistente.
Ha una forte resistenza meccanica, di tensione, stiramento, compressione; ma anche una fortissima resistenza agli acidi, basi o composti chimici, e ovviamente è incredibilmente idrofobica.
Tutte queste caratteristiche sono date dai legami covalenti che vengono attuati fra lignina e cellulosa.
Ricordando che i legami covalenti da un punto di vista chimico sono fra i legami più forti.
Tale molecola, come anche la sugherina, è possibile ritrovarla solo nelle pareti secondarie, in quanto impermeabilizzando completamente la parete, condurrà la cellula verso la morte.
