Composti prodotti dalle piante: metaboliti primari e secondari.
Metaboliti primari: molecole che si ritrovano in in tutte le cellule vegetali e sono indispensabili per la vita della pianta.
Metaboliti Secondari: distribuzione limitata sia all'interno di una stessa pianta sia nelle differenti specie di piante. Una volta erano considerati prodotti di rifiuto, ora si sa che sono importanti per la sopravvivenza e la propagazione delle piante. Molti agiscono come segnale chimico che permette alla pianta di rispondere agli attacchi dell'ambiente, altri come sostanza di difesa contro erbivori, patogeni, e competitor, altri ancora forniscono protezione contro le radiazioni solari.
La sintesi dei metaboliti secondari avviene in un tessuto specifico, organo o stadio dello sviluppo. Sono sintetizzati in una parte della pianta e conservati da un'altra.
Classi principali di composti secondari: alcaloidi, terpenoidi, composti fenolici.
Monoterpeni: 2 unità isopreniche
Sesquiterpeni: 3 unità isopreniche
Diterpeni: 4 unità isopreniche.
Un'unica pianta può sintetizzare differenti terpenoidi, in tempi differenti durante il suo sviluppo e localizzati in parti diverse della pianta, con una varietà di funzioni.Isoprene: rilasciato in quantità significativa dalle foglie di molte specie vegetale. Prodotto nei cloroplasti a partire da composti organici ultimi formati dalla riduzione fotosintetica dell'anidride carbonica. Le piante producono più isoprene nei giorni più caldi quindi possono fungere da protezione al calore.
Molti monoterpeni e sesquterpeni vengono chiamati oli essenziali perché altamente volatili e profumati. La menta (Mentha) produce grandi quantità di monoterpeni volatili come il mentolo e il mentone sintetizzati nei peli ghiandolari (tricomi). Gli oli essenziali di alcune piante allontano gli erbivori, proteggono dagli attacchi di funghi e batteri, attraggono impollinatori ecc.
Il più grande terpenoide conosciuto è la gomma costituita da 400 a più di 100.000 unità isopreniche. Esistono più di 1800 specie di dicotiledoni come ad esempio la Hevea brasiliensis, un membro della famiglia delle euforbiacee.
I terpenoidi svolgono una molteplicità di ruoli nelle piante, alcuni di essi sono pigmenti fotosintetici (carotenoidi), oppure ormoni (gibberilline, acido abscissico), altri ancora funzionano come componenti strutturali di membrana (steroli) o come trasportatori di elettroni (ubchinone, plastochinone).
I composti fenolici comprendono i flavonoidi, i tannini, le lignine e l'acido salicilico.
Il termine fenolici comprende un'ampia gamma di composti, i quali hanno tutti un gruppo ossidrilico (-OH) legato ad un anello aromatico a 6 atomi di carbonio contenente 3 legami doppi. Essi sono presenti in quasi tutte le piante e si accumulano in tutte le loro parti. I flavonoidi ì sono pigmento idrosolubili presenti nel vacuolo delle cellule vegetali e rappresentano il più grande gruppo di composti fenolici vegetali. I flavonoidi sono suddivisi in alcune classi, di cui le più comuni sono quelle delle antocianine, dei flavoni, e dei flavonoli.
Le antocianine per quanto riguarda il lor colore, variano dal rosso al blu passando per il porpora. La maggior parte dei flavoni e flavonoli sono pigmenti di colore giallognolo o avorio e altri sono incolori.
Co-pigmentazione: quando flavoni e flavonoidi incolori formano complessi con le antocianine e ioni metallici cambiando il colore di una parte della pianta.
Flavonoidi e interazione tra piante e altri organismi: flavonoidi rilasciati dalle radici delle leguminose possono stimolare o inibire specifiche risposte genetiche nei batteri associati, mentre il pigmento dei fiori agiscono come segnali visivi per attrarre api e uccelli impollinatori.
Tannini.
composti fenolici presenti nelle foglie di molte piante legnose, il loro sapore astringente li rende repellente contro diversi animali. Vengono accumulati nel vacuolo per proteggere gli altri componenti della cellula.
Lignine.
Depositate sulla parete cellulare ed è il composto più abbondante sulla terra dopo la cellulosa. Sono polimeri formati da alcol p-cumarilico, alcol coniferilico e alcol siapilico. Differiscono le quantità di ogni monomero a seconda si tratta di gimnosperma, angiosperme legnose o graminacee. La sua funzione è conferire forza di compressione e durezza alla parete cellulare. Il processo di lignificazione ha avuto un ruolo molto importante nell'evoluzione delle piante terrestri consentendole di aumentare in altezza e sviluppare rami capaci di far da supporto a grandi superficie fotosintetiche. Inoltre rende impermeabile la parete cellulare facilitando il trasporto di acqua e risponde all'attacco dei funghi.
Riassunto:
Composti prodotti dalle piante
Metaboliti primari
Presenti in tutte le cellule vegetali
Indispensabili per la vita della pianta
Metaboliti secondari
Distribuzione limitata (tessuti specifici, specie diverse)
In passato considerati rifiuti
Oggi riconosciuti come fondamentali per:
- Sopravvivenza
- Propagazione
- Difesa
- Comunicazione chimica
Funzioni:
- Difesa da erbivori, patogeni, competitori
- Protezione da radiazioni solari
- Risposta agli stress ambientali
Sintesi:
Avviene in tessuti, organi o stadi di sviluppo specifici
Possono essere sintetizzati in un punto e accumulati in un altro
Classi principali di metaboliti secondari
1. Alcaloidi
Contengono azoto → carattere alcalino
Primo alcaloide identificato: morfina (1806)
Esempi:
Caffeina
Caffè, tè, cacao
Allelopatia: inibisce la germinazione di altre piante
Nicotina
Tabacco
Altamente tossica
Sintetizzata in risposta a ferite
2. Terpenoidi (terpeni)
Classe più abbondante (>22.000 composti)
Presenti in tutte le piante
Unità di base: isoprene (C₅H₈)
Classificazione
Monoterpeni → 2 unità isopreniche
Sesquiterpeni → 3 unità
Diterpeni → 4 unità
Caratteristiche
Una pianta può produrre terpenoidi diversi:
- In momenti diversi
- In parti diverse
Isoprene
Prodotto nei cloroplasti
Aumenta nei giorni caldi
Protezione dal calore
Oli essenziali
Monoterpeni e sesquiterpeni
Volatili e profumati
Esempio: menta
Mentolo e mentone
Sintesi nei tricomi
Funzioni:
Repellenti per erbivori
Difesa da funghi e batteri
Attrazione impollinatori
Terpenoidi di grandi dimensioni
Gomma
Fino a >100.000 unità isopreniche
Esempio: Hevea brasiliensis
Funzioni biologiche
Pigmenti fotosintetici (carotenoidi)
Ormoni (gibberelline, ABA)
Componenti di membrana (steroli)
Trasporto di elettroni (ubichinone, plastochinone)
3. Composti fenolici
Contengono un gruppo -OH legato ad anello aromatico
Diffusi in quasi tutte le piante
Principali gruppi
Flavonoidi
Tannini
Lignine
Acido salicilico
Flavonoidi
Pigmenti idrosolubili
Localizzati nel vacuolo
Classi principali:
Antocianine
Flavoni
Flavonoli
Colori
Antocianine: rosso → blu → porpora
Flavoni / flavonoli: giallo, avorio o incolori
Co-pigmentazione
Interazione tra:
Antocianine
Flavoni/flavonoidi incolori
Ioni metallici
Modifica del colore della pianta
Ruolo ecologico
Interazioni pianta–microrganismi
Segnali visivi per impollinatori
Comunicazione con batteri del suolo (leguminose)
Tannini
Presenti soprattutto in piante legnose
Sapore astringente
Funzione:
Difesa da erbivori
Accumulo:
Nel vacuolo
Lignine
Depositate nella parete cellulare
Secondo composto più abbondante sulla Terra
Polimeri di:
Alcol p-cumarilico
Alcol coniferilico
Alcol sinapilico
Funzioni:
Resistenza meccanica
Impermeabilizzazione
Trasporto dell’acqua
Difesa dai funghi
Ruolo evolutivo:
Fondamentali per la conquista dell’ambiente terrestre
Permettono crescita in altezza e sviluppo dei rami